用于高温无水质子传输的膦酸反应性介晶自组装聚合分级二维纳米结构

摘要 为开发质子交换膜（PEMs），尤其是用于高温无水质子传输的质子交换膜，新合成了一种膦酸酯可聚合两亲分子（PPA）。为了制备无水质子传导（APC）聚合物稳定薄膜，将 PPA 与液晶（LC）交联剂以 6:4 的重量比结合，形成 LC 反应性介晶（LCRM）混合物。该混合物在近晶中间相中在单轴取向下自组装，随后的光聚合在分级二维（2D）纳米结构薄膜内生成连续且取向一致的质子传输通路。所得聚合物薄膜在高温下表现出高质子传导率，并具有由分子取向决定的各向异性传输特性。此外，通过调控纳米尺度的分子自组装和宏观尺度的分子取向，可以对质子传导率进行精细调控。全面理解 APC 中分子堆积结构、宏观分子取向与质子传输行为之间的相互作用，证明了精确的官能团定位在建立高效质子传导通路中的关键作用。这些质子传导薄膜的疏水性、高热稳定性和出色的化学耐受性进一步突显了其作为高温 PEM 应用下一代材料的潜力。