带你了解全氟磺酸树脂及其应用！

       氢能是一种高效、清洁、安全的二次能源，开发和利用氢能将是全球能源战略转型的重要方向。氢气热值可达140MJ/kg，是同质量化石燃料的3到4倍，通过燃料电池可实现综合转化效率达80到90％甚至可超过90％。“双碳”目标下氢能产业发展加速，燃料电池产业迎来新的机遇，与其相关的技术和材料也受到前所未有的关注。

       作为氢能产业链上的关键材料，质子交换(Proton Exchange Membrane，PEM)本质上是一种离子选择性透过膜，最早应用于纯水制备、海水淡化、化学催化以及氯碱工业，近年来，随着新能源产业与技术的发展，质子交换膜已广泛应用于电解水制氢、燃料电池全钒液流电池及催化等领域。现在市面上主要使用的全氟磺酸质子交换膜是由全氟磺酸离子交换树脂通过熔融挤出成膜或溶液浇铸成膜制备而成，外观常为无色透明薄膜，其平均分子量在105～106之间。

       图1所示为科慕公司的PFSA树脂化学结构，其结构主要由两部分构成：树脂主链为类似于聚四氟乙烯的氟碳线性骨架结构，提供膜的热稳定性、化学稳定性以及较高的机械强度；侧链是带有磺酸或磺酰氟基团的全氟醚结构，提供膜的离子交换能力。不同厂家的PFSA在侧链结构有所不同，如3M、Solvay、AGC、旭化成等，侧链中C原子数目与科慕不同。全氟磺酸树脂的制备一般采用含有磺酰氟基团的烯醚类单体与四氟乙烯、六氟丙烯、全氟烷基烯醚、全氟环状单体等两元或多元共聚而成，并且含有磺酰氟的单体结构也各不相同。单体的组成和比例对链结构的影响很大，导致分子量、分子量分布、序列构成、不同链之间的均一性等差别很大；不同的引发剂对端基、分子量以及链结构也有影响；聚合方法的选用也是非常重要的，不同的聚合方法得到的聚合物性质差异很大。

图1 Nafion树脂的结构