阴离子交换膜（AEM）中的穿透平面（TP）导电路径是基于阴离子交换膜的燃料电池的理想选择，因为它们可以作为电极之间氢氧根离子传输的短而有效的路径，从而能够提高功率输出。在基于阴离子交换膜的燃料电池中，电场和磁场曾被用于创建TP定向结构，但其对于燃料电池性能的提升作用并不显著。近日，天津大学尹燕教授与Michael D. Guiver等使用顺磁性二茂铁聚合物在磁场下制备了具有穿透平面取向的阴离子交换膜并实现了对燃料电池性能的显著改善。

本文要点

1） 研究人员借助磁场的作用在混合价态二茂铁阴离子交换膜中实现了TP结构并显著提高了交换膜对于碱性和氧化还原反应的稳定性。二茂铁阳离子的磁响应性和阴离子导电性的结合赋予了阵列结构TP良好的导电性。

2） 研究人员还合成了化学惰性的主链高分子量聚（乙烯基二茂铁）(PF)。在PF上进行配体交换以激活烷基取代基效应可以提高阴离子交换膜的稳定性，从而实现了具有配体交换效应的PF(或LPF)。在PF或LPF中，二茂铁部分氧化（即电离）为二茂铁阳离子，使混合价态聚合物具有适当的离子交换容量（IEC），从而达到了导电性和溶胀/机械强度的平衡。与此同时，部分电离的PF和LPF转化为氢氧化物形式，分别表示为PF-OH和LPF-OH。磁场下的溶液浇铸提供了TP取向的高导电性PF-OH和LPF-OH 阴离子交换膜。

参考文献

Xin Liu et al，Magnetic-field-oriented mixed-valence-stabilized ferrocenium anion-exchange membranes for fuel cells, Nature Energy, 2022

DOI: 10.1038/s41560-022-00978-y

https://www.nature.com/articles/s41560-022-00978-y