Ether cleavage-triggered degradation of benzyl alkylammonium cations for polyethersulfone anion exchange membranes

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出版日 2016-03-24
DOI 10.1039/C6CP00579A
インパクトファクター 3.676
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要旨

Anion exchange membranes are of increasing interest due to their applications in many electrochemical devices such as solid-state alkaline fuel cells. However, their practical applications remain limited compared to proton exchange membranes as they have been found to degrade in alkaline media. This degradation is believed to be derived from the instability of the anion exchange group under alkaline conditions. Consequently, much effort has been focused on the development of an anion exchange group that is stable in alkaline media, allowing for application in membranes. Herein, we analyze the detailed alkaline degradation mechanism of a generally applied anion exchange membrane, composed of quaternary ammonium-modified polyethersulfone, using several model compounds. We found that decomposition of the anion exchange group was not derived from the instability of the ionic group itself, as commonly believed; rather, ether cleavage triggered the degradation of the ionic group. The mechanism proposed herein indicates that improvement of the backbone stability is much more important than optimization of the anion exchange group in developing a durable anion exchange membrane. Furthermore, careful analysis is necessary to precisely evaluate the stability of the anion exchange group in the membrane.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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