含有膦酸基团的聚合物可以在较高的工作温度下作为燃料电池中的无水质子传导膜。然而，关于膦酸化聚合物的合成和对此类聚合物纳米结构的控制仍然极具挑战性。

近日，宾夕法尼亚大学Karen I. Winey，德国康斯坦茨大学Stefan Mecking报道了碳原子精确到26和48的膦酸封端的长链脂肪族材料（C₂₆PA₂和C₄₈PA₂）的直接合成。

文章要点

1）研究发现，C₂₆PA₂和C₄₈PA₂材料结合了单分散聚乙烯的结构和膦酸基团形成的强大氢键网络。不会形成酸酐，因此即使在高温下也可以避免缩合反应造成的载流子损失。

2）在熔融温度（T_m）以下，两种材料都表现出结晶的聚乙烯骨架和层状形貌，C₂₆PA₂和C₄₈PA₂的平面膦酸聚集体分别间隔29和55 Å。在T_m以上，非晶聚乙烯（PE）段与层状聚集体共存。这一现象在C₂₆PA₂中尤为明显，被认为是热致近晶的液晶相。在此条件下，沿法线层观察到极高的关联长度（940 Å），证明了膦酸基团形成的氢键网络的强度。

3）两种材料在无水条件下的质子电导率在150°C时均达到10⁻⁴ S/cm。

这些新型膦酸基型材料突出了控制化学以形成有助于快速质子传导的自组装纳米聚集体的重要性。

参考文献

Anne Staiger, et al, Anhydrous Proton Transport within Phosphonic Acid Layers in Monodisperse Telechelic Polyethylenes, J. Am. Chem. Soc., 2021

DOI: 10.1021/jacs.1c08031

https://doi.org/10.1021/jacs.1c08031