Molecular-Level Hybridization of Nafion with Quantum Dots for Highly Enhanced Proton Conduction

材料科学 量子点 石墨烯 Nafion公司 离子键合 聚合物 结晶度 纳米技术 化学工程 电极 离子 复合材料 有机化学 电化学 化学 物理化学 生物 工程类 遗传学
作者
Wenjia Wu,Yifan Li,Jindun Liu,Jingtao Wang,Yuanqiao He,Kenneth Davey,Shi Zhang Qiao
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:30 (16) 被引量:136
标识
DOI:10.1002/adma.201707516
摘要

Abstract Nanophase‐separated membranes hold promise for fast molecule or ion transfer. However, development and practical application are significantly hindered by both the difficulty of chemical modification and nanophase instability. This can be addressed by organic–inorganic hybridization of functional fillers with a precise distribution in specific nanophase. Here, a molecular‐level hybridization for nanophase‐separated Nafion using 2–5 nm quantum dots (QDs) as a new smart filler is demonstrated. Two kinds of QDs are prepared and used: hydrophilic polymer‐like QDs (PQDs) and hydrophobic graphene oxide QDs (GQDs). Because of selective interactions, QDs offer advantages of matched structural size and automatic recognition with the nanophase. A distinctive synthesis of subordinate‐assembly, in which QDs are driven by the self‐assembly of Nafion affinity chains, is reported. This results in a precise distribution of QDs in the ionic, or backbone, nanophases of Nafion. The resulting PQDs in the ionic nanophase significantly increase membrane proton conduction and device output‐power without loss of mechanical stability. This is difficult to realize with conventional fillers. The GQDs in the backbone nanophase reduce the crystallinity and significantly augment membrane water uptake and swelling capacities.
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