Polyacylation as a Versatile Route toward High-Performance Ion Exchange Membranes

单体 纳米技术 离子 离子交换 聚合物 表面改性 高分子化学 化学 制作 组合化学 材料科学 催化作用 离子键合 聚电解质 聚合膜 相容性(地球化学) 部分
作者
Ziyi Ding,Qian Wu,Zheng Chen,Zhenghui Zhang,Liang Ge,Tongwen Xu
出处
期刊:Macromolecules [American Chemical Society]
卷期号:58 (21): 11952-11966
标识
DOI:10.1021/acs.macromol.5c02314
摘要

This review provides a comprehensive analysis of polyacylation strategies for the fabrication of ion exchange membranes (IEMs), with a focus on recent advances in both cation-exchange and anion-exchange membranes. It elucidates how polyacylation facilitates precise structural design of polymers to optimize ion transport properties, leveraging four key advantages: catalyst diversity (including Lewis acids, trifluoromethanesulfonic acid, and eco-friendly systems such as methanesulfonic acid/P2O5 mixtures); direct functionalization through presulfonated or quaternized monomers for quantitative and spatial control of ion-exchange groups; reaction compatibility allowing concurrent or sequential integration with heterocyclization and hydroxyalkylation; and bottom-up programmability enabled by structurally diverse monomers for architectural membrane tailoring. The discussion delves into critical synthesis strategies─such as the use of functionalized monomers, flexible spacers, and macrocyclic structures─and their effects on key membrane properties including proton conductivity, alkali resistance, and mechanical strength. Furthermore, the review evaluates performance optimization in applications such as fuel cells and electrodialysis, emphasizing improvements in ion-exchange capacity, selectivity, and stability under harsh conditions. These insights establish polyacylation as a versatile and powerful bottom-up synthesis platform for developing next-generation IEMs.
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