研究进展|深圳理工李南文:扭曲支化分子单元引入聚芳烃哌啶鎓提高AEM稳定性
2026年3月4日，国际知名膜材料期刊Journal of Membrane Science刊登了深圳理工大学李南文教授、山西大学薛建党博士等关于AEM结构创新方面的研究，文中将一种新型扭曲多向支化剂六苯基苯引入聚（三联苯哌啶鎓）体系中，并采用嵌段支化合成策略，成功制备了结构新颖的AEM膜。《新能产学研》对本研究进行要点解读，供大家参考。
阴离子交换膜水电解（AEMWE）因其低成本和高效率潜力而受到广泛关注，其中阴离子交换膜（AEM）是其核心部件。然而，AEM的发展长期受限于离子电导率与稳定性之间的平衡难题，尤其是在纯水进料条件下的氧化稳定性不足，严重制约了其长期运行寿命。本研究首次将具有扭曲多向结构的六苯基苯（HPB）作为新型支化剂引入聚（三联苯哌啶鎓）（PTP）体系中，并结合嵌段支化合成策略，成功制备了B-PTHP膜。该膜在保持高离子电导率的同时，显著提升了氧化稳定性和碱性稳定性，首次实现了在纯水进料AEMWE中超过740小时的稳定运行，并在1 M KOH进料条件下运行超过2500小时，为高性能、长寿命AEM的开发提供了新思路。（1）材料设计与结构表征
采用HPB作为扭曲多向支化剂，成功合成嵌段支化型聚合物B-PTHP，并通过HHNMR和FT-IR确认了其结构。
B-PTHP膜具有更高的自由体积分数（FFV = 0.142）和比表面积（178.9 m²/g），显著高于线性PTP膜（FFV = 0.081，比表面积81.3 m²/g）。
嵌段支化结构促进了更明显的微相分离，SAXS显示B-PTHP的平均离子域尺寸为4.31 nm，高于随机支化膜。
（2）物理化学性能与离子传导性能
B-PTHP膜在80°C下的离子电导率达183.6 mS/cm，溶胀率仅为14.2%，突破了传统电导率与尺寸稳定性之间的平衡。
水吸收率（WU）为41.1%（80°C），远低于线性PTP膜的71.6%，显示出优异的尺寸稳定性。
离子传导活化能（Ea）为8.44 kJ/mol，低于其他膜，表明离子迁移能垒更低。
（3）稳定性评估
氧化稳定性：B-PTHP膜在芬顿试剂中96小时后质量保持率为88.1%，且在碱性芬顿试剂中进一步提高至97.6%，显示出优异的抗自由基能力。
碱性稳定性：在1 M KOH中浸泡1500小时后，电导率保持97.2%，哌啶鎓基团保留率达92.1%，远高于PTP膜的47.1%。
机械性能保持良好，TS保持87.9%，EB保持89.3%。
（4）电解性能与耐久性
在1 M KOH进料AEMWE中，B-PTHP膜在2 V下电流密度达8.26 A/cm²，EIS显示低欧姆电阻（16.1 Ω·cm²）和电荷转移电阻（13.6 Ω·cm²）。
在纯水进料条件下，B-PTHP膜在2 V下电流密度为1.06 A/cm²，并稳定运行740小时。
长期稳定性测试中，B-PTHP膜在1 M KOH中运行2500小时，电压衰减率仅为38.8 μV/h，远超PTP膜（940小时，126.8 μV/h）。
结论与展望
本研究通过引入扭曲多向支化剂HPB和嵌段支化策略，成功制备了兼具高电导率、优异尺寸稳定性和卓越氧化/碱性稳定性的B-PTHP阴离子交换膜。该膜在1 M KOH和纯水进料AEMWE中均表现出优异的性能和长期稳定性，尤其在纯水条件下实现了超过740小时的稳定运行，为未来低成本、高耐久性AEMWE系统的发展提供了重要材料基础。未来可进一步优化催化剂与膜界面相容性，提升纯水条件下催化活性与系统效率。文章地址：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738826002267
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