Precisely segmented PEEK–ionene + ionic liquid composite membranes for CO2 separation

文献情報

出版日 2023-12-20
DOI 10.1039/D3TA05223K
インパクトファクター 12.732
著者

Sudhir Ravula, Ying Chen, Kevin W. Wise, Pravin S. Shinde, Eric D. Walter, Abhi Karkamkar, Jason E. Bara


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要旨

Ionenes, polymers with ionic groups incorporated directly within the backbone are a highly versatile class of materials, although they have received much less attention than polyelectrolytes which have ionic groups pendant from the polymer backbone. By designing ionenes that incorporate robust properties of poly(ether ether ketone) (PEEK), we have achieved new imidazolium-containing PEEK–ionene architectures that create opportunities for enhanced CO2 separation membranes. To achieve these materials, an new imidazole-functionalized PEEK oligomer (ImK(EEK)2KIm) was synthesized through facile and straightforward routes. This molecule was then polymerized via condensation reactions with two different aromatic (α,α′-dibromo-p-xylene) and aliphatic (dibromohexyl containing-bis(imidazolium)hexane dibromide salt) comonomers and exchanged with bistriflimide ([Tf2N]) anion to obtain two unique PEEK–ionenes containing distinct PEEK and ionic segments: p([ImK(EEK)2Im-p-xyl][Tf2N]2) and p([ImK(EEK)2(ImC6)3][Tf2N]4). While the neat PEEK–ionenes exhibited high molecular weight but were not able to form high-quality films, adding stoichiometric amounts of “free” IL (1-methyl-3-butylimidazolium bistriflimide, [C4mIm][Tf2N]), greatly improved the flexibility and processability of the resultant membranes. Further, the structure–property relationships of bulk PEEK–ionenes and corresponding composites were extensively characterized by different analytical techniques (thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry, X-ray diffraction, and solid-state NMR). The gas separation properties were investigated, with the PEEK–ionenes + IL composites exhibiting CO2 permeabilities of 14–94 barrer and good CO2/N2 permselectivities of 26–35, indicating that new designs of segmented ionenes and composites with ILs a promising material design strategy for developing gas separation membranes.

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掲載誌

Journal of Materials Chemistry A

Journal of Materials Chemistry A
CiteScore: 19.5
自己引用率: 4.7%
年間論文数: 2211

Journal of Materials Chemistry A, B & C cover high quality studies across all fields of materials chemistry. The journals focus on those theoretical or experimental studies that report new understanding, applications, properties and synthesis of materials. The journals have a strong history of publishing quality reports of interest to interdisciplinary communities and providing an efficient and rigorous service through peer review and publication. The journals are led by an international team of Editors-in-Chief and Associate Editors who are all active researchers in their fields. Journal of Materials Chemistry A, B & C are separated by the intended application of the material studied. Broadly, applications in energy and sustainability are of interest to Journal of Materials Chemistry A, applications in biology and medicine are of interest to Journal of Materials Chemistry B, and applications in optical, magnetic and electronic devices are of interest to Journal of Materials Chemistry C. More than one Journal of Materials Chemistry journal may be suitable for certain fields and researchers are encouraged to submit their paper to the journal that they feel best fits for their particular article. Example topic areas within the scope of Journal of Materials Chemistry A are listed below. This list is neither exhaustive nor exclusive. Artificial photosynthesis Batteries Carbon dioxide conversion Catalysis Fuel cells Gas capture/separation/storage Green/sustainable materials Hydrogen generation Hydrogen storage Photocatalysis Photovoltaics Self-cleaning materials Self-healing materials Sensors Supercapacitors Thermoelectrics Water splitting Water treatment

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