醇/水混合溶剂中碱性聚合物电解质独特的溶解行为（英文）

自聚集型季铵化聚砜(aQAPS)是一种高性能的碱性聚合物电解质(APE),已被应用于碱性聚合物电解质燃料电池(APEFCs)中。长期以来,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)一直被作为溶解aQAPS的最佳溶剂,但DMF的高沸点使其难以彻底除尽并可能会毒化电催化剂。在我们最近的实验中发现,虽然aQAPS不能溶解于乙醇、正丙醇或水中,但它可以溶解在这些醇和水的混合物中。这种尚未被理解的独特溶解行为能够极大地促进APEFCs中膜电极组件(MEA)的制备。本工作使用分子动力学(MD)模拟的方法研究了aQAPS在不同溶剂中的溶解行为,包括水、甲醇、乙醇、正丙醇、DMF以及这些非水溶剂与水的混合物。aQAPS链在单一溶剂中的构象与其在实验中观察到的溶解行为一致,但在含有水的混合溶剂中,aQAPS链往往处于更加蜷缩的状态。模拟结果进一步揭示了混合溶剂中的水扮演着双重角色。一方面,由于疏水作用,aQAPS链在加水时被压缩至收缩状态;另一方面,水可以驱动反离子(Cl^-)的离解,从而导致溶质-溶剂相互作用能的增强,促进aQAPS的溶解。在大多数混合溶剂中,这两种相互作用的总效果是增大了总的溶质-溶剂相互作用能,在能量上有利于aQAPS的溶解。本研究不仅能够加深我们对聚电解质溶解行为的基本认识,而且对于开发性能更优的APEFCs也具有技术指导作用。