| Popis: |
Pomocí sulfonovaného polystyrenu (SPS) jakožto obětního porogenu byla modifikována morfologie perflurosulfonovaných membrán co se týká velikosti kanálků, zdánlivé porozity a tortuozity. Polymerní prekurzory byly připravovány metodou solution casting komerčně dostupného roztoku Nafionu spolu s SPS. Bobtnáním SPS (ve vodě) byl SPS z membrány odstraněn, což vedlo ke vzniku větších nanometrických iontových kanálků a klastrů, a tedy k otevřenější struktuře membrány v plně hydratovaném stavu. Pod prahovou hodnotou 30% SPS byla zachována vysoká permselektivita a porogen vyvolal především zvýšení zdánlivé porozity a konektivity sítě (kanálků a klastrů), což mělo za následek zvýšení hydraulické permeability, koeficientu potenciálu proudění a membránové vodivosti. Vyšší obsah porogenu vedl ke zvýšení charakteristických rozměrů hydrofilních domén (kanálků a klastrů), jak bylo vyhodnoceno na základě metody SAXS/WAXS, a ke zvýšení membránové vodivosti až na 300% původní hodnoty při pouze malém poklesu permselektivity ve zředěných roztocích LiCl. Tyto výsledky potvrzují, že došlo k účinné modifikaci nanoskopické sítě iontových kanálků a jasně ukazují, že SPS lze efektivně použít k přesnému nastavení matrice membrán na bázi PTFE pro dosažení transportních vlastností „šitých na míru“ pro specifické elektrochemické aplikace. The morphology in terms of the ion channel size, apparent porosity and tortuosity of perfluorosulfonate membranes was modified by using sulfonated polystyrene (SPS) as a sacrificial porogen. The precursor polymers were fabricated via solution-casting of the commercially available Nafion solution together with SPS. Upon swelling SPS was leached from the membrane matrix resulting in the formation of larger nanosized ion channels and clusters and hence a more open membrane matrix in fully hydrated conditions. Below a threshold value of 30% SPS, the membranes maintained high permselectivity and the porogen mainly increased the apparent porosity and network interconnectivity resulting in increased hydraulic permeability, streaming potential coefficient and membrane conductivity. Higher porogen contents resulted in larger characteristic hydrophilic domain sizes, quantified from SAXS/WAXS, and enhanced membrane conductivity up to 300% with only a slight decrease in the permselectivity in dilute LiCl solutions. These results together confirm the effective modification of the charged nanoscopic ion network and clearly indicate that SPS can effi ciently be used for precise tuning the PTFE-based membrane matrix to achieve tailored transport properties for specific electrochemical applications. |
