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Bioinspired supramolecular macrocycle hybrid membranes with enhanced proton conductivity

nano Research 2024年第2期17卷 797-805页

作者： Pengfei Yang Linlin Xu Panagiotis Trogadas marc-Olivier Coppens Yang Lan Centre for nature Inspired Engineering Department of Chemical EngineeringUniversity College LondonLondon WC1E 7JEUK

Enhancing the proton conductivity of proton exchange membranes(PEMs)is essential to expand the applications of proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs).Inspired by the proton conduction mechanism of bacteriorhodopsin,cucurbit[n]urils(CB[n],where n is the number of glycoluril units,n=6,7,or 8)are introduced into sulfonated poly(ether ether ketone)(SPEEK)matrix to fabricate hybrid PEMs,employing a nature-inspired chemical engineering(nICE)*** carbonyl groups of CB[n]act as proton-conducting sites,while the host–guest interaction between CB[n]and water molecules offers extra protonconducting ***,the molecular size of CB[n]aids in their dispersion within the SPEEK matrix,effectively bridging the unconnected proton-conducting sulfonic group domains within the SPEEK ***,all hybrid membranes exhibit significantly enhanced proton ***,the SPEEK membrane incorporating 1 wt.%CB[8](CB[8]/SPEEK-1%)demonstrates the highest proton conductivity of 198.0 mS·cm^(−1) at 60°C and 100%relative humidity(RH),which is 228%greater than that of the pure SPEEK membrane under the same ***,hybrid membranes exhibit superior fuel cell *** CB[8]/SPEEK-1%membrane achieves a maximum power density of 214 mW·cm^(−2),representing a 140%improvement over the pure SPEEK membrane(89 mW·cm^(−2))at 50°C and 100%*** findings serve as a foundation for constructing continuous proton-conducting pathways within membranes by utilizing supramolecular macrocycles as fuel cell electrolytes and in other applications.

关键词： supramolecular macrocycle proton conductivity cucurbit[n]uril proton exchange membrane fuel cell

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