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  在過去的二十年中，電化學電池和膜分離工藝出現(xiàn)了新的應用領域，這為新型聚苯并咪唑（PBI）材料發(fā)展提供了巨大動力。PBI是一類以苯并咪唑基團作為結構重復單元的一系列聚合物的總稱，是一大類新型工程塑料。PBI 作為芳香雜環(huán)高分子聚合物，具有突出的熱穩(wěn)定性和成膜性能，膜材料力學性能優(yōu)良。聚合物中的堿性苯并咪唑基團對酸的親和力，可使酸摻雜在聚合物骨架中，同時根據(jù)Br?nsted–Lowry酸堿理論，苯并咪唑基團也具有酸性，可以在堿性溶液中結合氫氧離子去質子化。由于PBI具有兩性，在酸性和堿性溶液中可以表現(xiàn)出不同物理化學性質，因此可以同時滿足在酸、堿兩性環(huán)境下的工作需求，近年來被廣泛用作電化學能源裝置，如酸性或堿性燃料電池、水電解池、二氧化硫電解池、液流電池等電解質隔膜。

圖1. 聚苯并咪唑和相應的質子化聚苯并咪唑陽離子和聚苯并咪唑鎓鹽的應用實例

  目前廣泛研究并被商業(yè)化的PBI聚合物為：聚(2,2’-(m苯基)-5,5’-聯(lián)苯咪唑)（mPBI）。該種全芳型的聚合物由Vogel和Marvel在1961年首次合成得到。作為一種熱塑型聚合物，mPBI聚合具有良好的熱穩(wěn)定性，玻璃化轉變溫度 為425-436 oC 。隨著時代的發(fā)展和進步，PBI材料也面對各種需求與挑戰(zhàn)，新型的PBI材料也隨之涌現(xiàn)，針對不同的工作環(huán)境需求，含有不同基團的PBI材料被合成用以解決來自外部材料的挑戰(zhàn)。

  在本綜述論文中，楊景帥副教授和David Aili研究員綜述并總結了不同類型PBI聚合物的合成、改性方法及在燃料電池和水電解池等器件中的應用情況。具體來說，系統(tǒng)總結了新型PBI材料的合成條件，包括m-PBI在內的68種新型PBI聚合物材料，及22種以PBI為基體的共聚聚合物材料合成方法。討論了聚合物有機溶劑溶解性和分子量分布。詳細介紹聚苯并咪唑膜材料的化學接枝改性方法、化學交聯(lián)改性方法和聚合物共混改性方法。隨后討論了磷酸與PBI聚合物之間的作用關系，及磷酸摻雜PBI膜材料用作燃料電池膜電解質材料的理化性能。并討論了聚苯并咪唑材料被去質子化后用作堿性膜材料的研究進展、降解機理和改性方法。最后對聚苯并咪唑材料在能源轉化裝置器件中應用情況進行了總結和展望。

  以上相關成果發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A（J. Mater. Chem. A, 2020, DOI: 10.1039/d0ta01788d）上。該論文的共同通訊作者為丹麥科技大學David Aili研究員和東北大學楊景帥副教授。該論文得到國家自然科學基金等項目的支持。

  論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/TA/D0TA01788D#!divAbstract