Construction of ordered OH − migration channels in anion exchange membrane by synergizes of cationic metal‐organic framework and quaternary ammonium groups

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作者
Xiangrui Zeng,Lulu Wang,Jilin Wang,Zhiqiang Qu
出处
期刊:International Journal of Energy Research [Wiley]
卷期号:45 (7): 10895-10911 被引量:11
标识
DOI:10.1002/er.6573
摘要

A series of anion exchange membranes (quaternized chitosan/cation metal-organic framework [MIL-X-QCS]) were prepared via purposeful inserting the cationic metal-organic framework as the multifunctional filler into quaternized chitosan (QCS). The successful preparation of the anion exchange membrane was confirmed by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), and Scanning electron microscope (SEM). In this research, we converted the charge-balanced MOFs skeleton Cr-MIL-101 into the cationic metal skeleton (Cr-MIL-101)+Cl− by anion stripping, and cooperated with quaternary amine groups to construct a high-speed OH− transmission channel. The introduction of a rigid MOF structure reduces the water uptake and swelling ratio of the composite membrane by 27% and 37%, respectively. At 80°C, the OH− conductivity of the MIL-9-QCS membrane (The composite membrane doped with 9 wt% Cr-MIL-101 crystals) reaches 2.30 × 10−2 S·cm−1 and the power density reached its maximum (90.2 mW·cm−2), and the tensile strength reaches 20.12 MPa, which was higher than 18.7 MPa of Nafion-115 membrane. The spatial network structure of MOFs reduced the methanol permeability of MIL-9-QCS membrane by 24% compared with the original QCS membrane. Furthermore, the MIL-9-QCS composite membrane exhibited excellent alkali stability, where after being soaked in 2 mol L−1 NaOH solution at 60°C for 240 hours, its OH− conductivity still reached 77% of the initial value.
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