Synthesis and Properties of Sulfonated Poly（phthalazinone ether phosphine oxide）s with Perfluorobiphenyl Moieties for Proton Exchange Membranes

doi:10.7503/cjcu20210095

Abstract

Abstract:

The poly（phthalazinone ether phosphine oxide）s with perfluorobiphenyl moieties were synthesized by copolycondensation of decafluorobiphenyl， bis（4-fluorophenyl） phenylphosphorus oxide， and 4-（4-hydrolphenyl） phthalazinone， which were then converted to the sulfonated poly（phthalazinone ether phosphine oxide）s with perfluorobiphenyl moieties（sPEPOF-x， x means the molar percentage of F-containing units） by sulfonation. The highly hydrophobic perfluorobiphenyl moieties facilitate to form the microphase seperation structures within polymer membranes， increasing the proton conductivity and decreasing the swelling ratio， thus the resultant membranes display superior comprehensive properties. At 80 ℃， the sPEPOF-25 membrane presents a swelling ratio of only 10%， about half that of Nafion 117 membrane， whereas its proton conductivity is 0.099 S/cm， which is 1.2 times that of Nafion 117 membrane. It also possesses excellent thermal stability and oxidation resistance， showing potential application prospect.

Key words: Sulfonation, Poly（phthalazinone ether phosphine oxide）s, Perfluorobiphenyl, Proton exchange membrane

CLC Number:

O631

TrendMD:

FU Zhinan, TAN Yunlong, XIAO Guyu, YAN Deyue. Synthesis and Properties of Sulfonated Poly（phthalazinone ether phosphine oxide）s with Perfluorobiphenyl Moieties for Proton Exchange Membranes[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(8): 2635.

Figures/Tables 12

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Polymer	n（BFPPO）∶n（DFBP）∶n（HPPT）	m（BFPPO）/g	m（DFBP）/g	m（HPPT）/g	［η］^*/（dL·g^-1）
PEPO	100∶0∶100	0.9428	0	0.7147	1.34
PEPOF?10	90∶10∶100	0.8485	0.1002	0.7147	1.21
PEPOF?15	85∶15∶100	0.8014	0.1504	0.7147	1.27
PEPOF?20	80∶20∶100	0.7543	0.2005	0.7147	1.03
PEPOF?25	75∶25∶100	0.7071	0.2506	0.7147	1.15

Polymer	n（BFPPO）∶n（DFBP）∶n（HPPT）	m（BFPPO）/g	m（DFBP）/g	m（HPPT）/g	［η］^*/（dL·g^-1）
PEPO	100∶0∶100	0.9428	0	0.7147	1.34
PEPOF?10	90∶10∶100	0.8485	0.1002	0.7147	1.21
PEPOF?15	85∶15∶100	0.8014	0.1504	0.7147	1.27
PEPOF?20	80∶20∶100	0.7543	0.2005	0.7147	1.03
PEPOF?25	75∶25∶100	0.7071	0.2506	0.7147	1.15

Polymer	IEC/（mmol·g^-1）		Sulfonation degree/（%）	［η］^a/（dL·g^-1）
Polymer	Calculated	Experimental	Sulfonation degree/（%）	［η］^a/（dL·g^-1）
sPEPO	1.69	1.63	96	0.91
sPEPOF?10	1.68	1.61	95	1.06
sPEPOF?15	1.68	1.64	97	1.08
sPEPOF?20	1.68	1.57	93	0.92
sPEPOF?25	1.67	1.65	98	1.03

Polymer	IEC/（mmol·g^-1）		Sulfonation degree/（%）	［η］^a/（dL·g^-1）
Polymer	Calculated	Experimental	Sulfonation degree/（%）	［η］^a/（dL·g^-1）
sPEPO	1.69	1.63	96	0.91
sPEPOF?10	1.68	1.61	95	1.06
sPEPOF?15	1.68	1.64	97	1.08
sPEPOF?20	1.68	1.57	93	0.92
sPEPOF?25	1.67	1.65	98	1.03

Polymer	T_d，5/^oC	T_g/^oC	Oxidative stability
Polymer	T_d，5/^oC	T_g/^oC	τ₁/h^a	τ₂/h^a	Residue（%）^b
sPEPO	393	326	16	27	90
sPEPOF?10	391	311	19	33	95
sPEPOF?15	375	300	40	55	97
sPEPOF?20	377	294	45	69	99
sPEPOF?25	378	283	55	80	99