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燃料電池可以高效率地將貯存在燃料和氧化劑中的化學能轉換為電能，其中堿性離子膜燃料電池的能量轉化效率可高達70%（圖1），對該領域的研究有望解決化石燃料枯竭及環境污染問題。對堿性陰離子交換膜的核心部件——陰離子交換膜的研究已成為國內外的熱點問題，其中關鍵的科學問題包括如何提高陰離子交換膜的離子傳導性能；如何增強其機械性能，尤其在含有高密度離子交換基團時膜材料的機械性能問題；如何獲得強堿性條件下的高穩定性。針對這些挑戰，中國科大功能膜研究室與國際同行合作，利用Troger’s Base結構中V型的剛性結構，阻止聚合物鏈段的有效堆積，首次制備了系列自具微孔結構的陰離子交換膜材料，實驗中所涉及的單體來源于商業化的小分子，合成過程簡單，不需高溫高壓，在室溫下使用常用試劑即可完成。膜內微孔尺寸大小在0.8 nm左右，其BET表面積在38-899 m2/g，對所獲得的陰離子交換膜離子傳導特性研究發現，該類膜材料可以在非常低的離子交換容量下，實現超高的離子傳導特性，比如在離子交換容量僅為 0.82 mmol/g時，DMBP-QTB膜的OH-電導率可高達164.4 mS/cm，遠高于其他已報道的陰離子交換膜(圖2)。

圖1. Troger’s Base基高電導性能陰離子交換膜及潛在燃料電池應用

圖2. Troger’s Base陰離子交換膜離子傳導性能

這一研究結果表明，多孔有機聚合物中貫通的孔道結構對實現陰離子的快速傳遞具有重要意義；陰離子在受限空間中具有不同于致密膜結構的傳質特性。審稿人評價認為：“這是一個非常有趣的工作，他們利用了商業化的試劑，制備了高性能的陰離子交換膜。所得材料各個方面的表征很完整，性能令人驚嘆。這一類聚合物基的陰離子膜將在整個燃料電池的研究群體中引起非常廣泛的研究興趣。”

相關成果以“Highly Conductive Anion Exchange Membranes from Microporous Tr?ger’s Base Polymers”為題發表于《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201605916)。論文第一作者為中國科技大學化學與材料科學學院楊正金博士后，徐銅文教授、Neil. B. McKeown和Michael D. Guiver為論文的共同通訊作者。該研究得到了科技部973項目、國家自然科學基金和教育部能源材料化學協同創新中心（iChEM）、中國博士后基金項目和青年創新基金項目等經費的支持

原文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/anie.201605916/abstract