Using bifunctionalized NH2-UiO-66-SO3H to improve the performance of sulfonated poly (ether ether ketone) in proton exchange membranes

乙醚 质子 质子交换膜燃料电池 化学 高分子化学 化学工程 有机化学 物理 工程类 生物化学 量子力学
作者
Xiaocan Zhang,Jiashu Long,Mengxin Wang,Yiran Liu,Huixiao Ma
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier]
卷期号:61: 1495-1504
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2024.02.211
摘要

Blending metal-organic frameworks to optimize proton transport pathways is one of the strategies to improve the proton conductivity of proton exchange membranes (PEM). In this paper, amino-sulfonic acid bifunctionalized UiO-66 (NUS) by one-pot solvothermal method is synthesized, and sulfonated poly (ether ether ketone)/NUS-X (SPEEK/NUS-X) hybrid membranes are prepared by mixing NUS into SPEEK matrix. Among them, SPEEK/NUS-1.5 has the highest proton conductivity (177.76 mS cm−1, 70 °C, 100% RH) and maintain a 300 h conductivity stability. And its maximum power density was 423.2 mW cm−2, exceeding pristine SPEEK by 2.20 times. Compare to the pristine SPEEK membrane, it is interesting to note the disappearance of SAXS scattering peak of SPEEK/NUS-1.5. It is speculated that this phenomenon was caused by the generation of acid-base pairs between –NH2 and –SO3H, and the improved hydrogen bonding network provides more proton transport channels and immobilizes sulfonic acid groups for improved durability. The resultant proton conductivity is stable over 300 h with about 90% retention.
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