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可聚合离子液体液晶构筑碱性阴离子交换膜

批准号:
21902092
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
23.0 万元
负责人:
鲁飞
依托单位:
学科分类:
胶体与界面化学
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:

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项目成果

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中文摘要
如何平衡电导率与溶胀率的关系是碱性阴离子交换膜应用发展中极具挑战的科学问题。目前的一种有效策略是通过调控聚合物分子的亲疏水差异实现阴离子交换膜内部的微相分离。然而受限于聚合物分子量的多分散性,通过高分子结构变化构筑微观有序的离子传导通道依然非常困难。基于此,本项目拟通过可聚合离子液体自组装形成的液晶体系为阴离子交换膜中高效离子传导通道的构筑提供思路。液晶体系中双亲分子的有序排列可以为氢氧根的传导提供快速通道,同时疏水尾链相互交联可以有效抑制膜材料的溶胀。在本项目中,一方面,利用离子液体的可设计性,优化聚离子液体单体,尤其是阳离子的化学结构,以提高阴离子交换膜的碱稳定性。另一方面,探索两亲性可聚合离子液体构筑不同液晶相态,尤其是双连续立方液晶的简便方法。以期明确液晶微观结构与阴离子传导机制的关系以及对阴离子传导性能的调控,希望聚离子液体与液晶的有机结合能为高效阴离子交换膜提供新的设计思路。
英文摘要
Balancing the trade-off effects of conductivity versus swelling degree becomes especially challenging in the development of alkaline anion exchange membranes (AEMs). The construction of a highly ordered microphase separated morphology based on the difference in hydrophobic/hydrophilic properties of polymers has been demonstrated as one of the most promising strategies. However, the ordered alignment of ionic clusters within AEMs is still rather limited due to their structural distributions with polydispersity. In this project, nanostructured liquid-crystalline (LC) materials with highly ordered and well-defined ionic channels via the self-assembly of polymerizable ionic liquids (ILs) are proposed as a versatile strategy for efficient ion transportation. The introduction of molecularly ordered nanostructures of LCs will construct continuous pathways for hydroxide ion transportation via hopping mechanism, and the formed hydrophobic phase will synergistically restrict the membrane swelling. Firstly, appropriate cationic groups with ideal alkaline stability for polymerizable amphiphilic ILs will be synthesized and investigated based on the designability of ILs. Then facile methods to construct LC phases, especially bicontinuous cubic phases will be proposed. The purpose of this project is to explore the enhancement of ionic conductivity by the phase separation of LCs at the molecular level. We expect this project will provide a new perspective for the rational design of nanostructured AEMs.
离子液体参与构筑的液晶体系是胶体与界面化学中研究较为成熟的一个方向,但其应用发展仍十分有限。通过将离子液体优异的物化性质与液晶高度有序的微观结构紧密结合,能够为新型能源装置中高效离子传导通道的构筑和调控提供相应的理论和实践依据,有效地拓宽了离子液体及离子液体液晶的应用。基于此,本项目通过可聚合离子液体自组装形成的液晶构筑阴离子交换膜中高效离子传导通道,液晶体系中双亲分子的有序排列可以为氢氧根离子的传导提供快速通道。利用离子液体的可设计性,优化聚离子液体单体,探索两亲性可聚合离子液体构筑多种不同相态液晶,尤其是双连续立方液晶的简便方法。通过原位光聚合实现液晶结构的高效固化,制备保留有液晶微观结构的阴离子交换膜,并对其综合性能进行研究。该项目的顺利实施,不仅明确了液晶微观结构与阴离子传导机制的关系以及对阴离子传导性能的调控,聚离子液体与液晶的有机结合也为高效阴离子交换膜提供了新的设计思路。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Alkaline Double-Network Hydrogels with High Conductivities, Superior Mechanical Performances, and Antifreezing Properties for Solid-State Zinc-Air Batteries
具有高电导率、优异机械性能和防冻性能的碱性双网络水凝胶用于固态锌空气电池
DOI: 10.1021/acsami.0c00325
发表时间: 2020-03-11
期刊: ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
影响因子: 9.5
作者: [Sun, Na, Lu, Fei, Zheng, Liqiang]
通讯作者: Zheng, Liqiang
Amphiphile regulated ionic-liquid-based aqueous biphasic systems with tunable LCST and extraction behavior
具有可调 LCST 和萃取行为的两亲物调节的基于离子液体的水性双相系统
DOI: 10.1016/j.colsurfa.2022.130172
发表时间: 2022-09-19
期刊: COLLOIDS AND SURFACES A-PHYSICOCHEMICAL AND ENGINEERING ASPECTS
影响因子: 5.2
作者: [Zhang,Yanan, Lu,Fei, Gao,Xinpei]
通讯作者: Gao,Xinpei
DOI: 10.1002/chem.202004500
发表时间: 2021
期刊: Chemistry – A European Journal
影响因子:
作者: [Fei Lu, Mengzhen Wang, Na Li, Bo Tang]
通讯作者: Bo Tang
Delivery nanoplatforms based on dynamic covalent chemistry
基于动态共价化学的递送纳米平台
DOI: 10.1039/d1cc02246f
发表时间: 2021-06-10
期刊: CHEMICAL COMMUNICATIONS
影响因子: 4.9
作者: [Lu, Fei, Zhang, Huiwen, Tang, Bo]
通讯作者: Tang, Bo
共 12 条
    离子液体液—液界面聚合法构筑二维多孔聚合物高效离子传输通道
    • 批准号:
      22562009
    • 项目类别:
      地区科学基金项目
    • 资助金额:
      32.00万元
    • 批准年份:
      2025
    • 负责人:
      鲁飞
    • 依托单位:
    离子凝胶电解质微结构设计及其调控锂离子传输机制研究
    • 批准号:
      22262011
    • 项目类别:
      地区科学基金项目
    • 资助金额:
      33万元
    • 批准年份:
      2022
    • 负责人:
      鲁飞
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金