Synthesis and properties of poly(arylene ether ketone)s with densely piperidinium-functionalized hexaphenylbenzene pendants for anion exchange membranes

芳烯 高分子化学 乙醚 化学 试剂 阳离子聚合 侧链 离子交换 聚合物 氢氧化物 电导率 水溶液 烷基 材料科学 有机化学 离子 芳基 物理化学 生物化学
作者
Yunji Xie,Kaiqi Wang,Di Liu,Jinhui Pang
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:591: 233833-233833 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2023.233833
摘要

Concentrated functionalization of the polymer side chain is widely considered as an effective structural strategy for improving the properties of anion exchange membranes (AEMs). However, the synthetic process typically involves highly toxic reagents. Herein, a series of poly(arylene ether ketone)s with densely benzyl-N-methylpiperidinium-functionalized hexaphenylbenzene pendants is synthesized, avoiding the demand of highly toxic reagents. The fabricated membranes present pronounced microphase separation resulting from the strong contrast in polarity between the hydrophobic polymer backbone and hydrophilic pendants. In contrast to analogous AEMs, the incorporation of bulky and rigid hexaphenylbenzene moieties enlarges the free volume within the membranes, which significantly enhances water absorption and inhibits dimensional change. Moreover, the presence of piperidinium-based cationic groups considerably enhances the alkaline stability of the membranes. One of the prepared membranes with an ion exchange capacity of 1.31 meq g−1 exhibits water uptake, swelling ratio, and hydroxide conductivity of 67.2%, 14.5%, and 49.2 mS cm−1 at 80 °C, respectively. The loss of conductivity is less than 6% after immersion in a 4 M KOH aqueous solution at 30 °C for 480 h. Additionally, a maximum power density of 340.1 mW cm−2 is achieved in the H2/O2 single-cell test, indicating promising application potential for the fabricated membranes.
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