Fast Bulky Anion Conduction Enabled by Free Shuttling Phosphonium Cations

反离子 化学 阳离子聚合 离子 电导率 离子交换 离子电导率 热传导 高分子化学 化学工程 材料科学 有机化学 物理化学 电极 复合材料 工程类 电解质 生物化学
作者
Xiaolin Ge,Yubin He,Kaiyu Zhang,Xian Liang,Chengpeng Wei,Muhammad A. Shehzad,Wanjie Song,Zijuan Ge,Geng Li,Weisheng Yu,Liang Wu,Tongwen Xu
出处
期刊:Research [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:2021 被引量:19
标识
DOI:10.34133/2021/9762709
摘要

Highly conductive anion-exchange membranes (AEMs) are desirable for applications in various energy storage and conversion technologies. However, conventional AEMs with bulky HCO 3 - or Br - as counterion generally exhibit low conductivity because the covalent bonding restrains the tethered cationic group’s mobility and rotation. Here, we report an alternative polyrotaxane AEM with nontethered and free-shuttling phosphonium cation. As proved by temperature-dependent NMR, solid-state NMR, and molecular dynamics simulation, the phosphonium cation possesses a thermally trigged shuttling behavior, broader extension range, and greater mobility, thus accelerating the diffusion conduction of bulky anions. Owing to this striking feature, high HCO 3 - conductivity of 105 mS cm -1 at 90°C was obtained at a relatively lower ion-exchange capacity of 1.17 mmol g -1 . This study provides a new concept for developing highly conductive anion-exchange membranes and will catalyze the exploration of new applications for polyrotaxanes in ion conduction processes.
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