DOI:10.1016/j.memsci.2020.118242

为了获得可以同时用作超强增强基材和快速离子传输介质的双功能纳米纤维骨架，在此，采用通用的聚多巴胺辅助溶胶凝胶法，首次制备了二氧化硅涂覆聚偏氟乙烯（SiO2@PVDF）电纺纳米纤维垫。用致密的季铵基团接枝后，得到季铵化的SiO2@PVDF（QSiO2@PVDF）。这种具有致密阳离子化表面的垫子不仅可以为超亲水季铵化壳聚糖（QCS）提供可靠的机械支撑，而且可以显著提高整个体系的离子电导率。所得的QCS浸渍膜具有高达11.9 MPa的湿强度，而纯QCS几乎不能自支撑。而且，表面高浓度的阳离子基团可以借助一维连续纳米纤维建立通道状的离子传输路径，从而获得0.041 S cm-1（80℃）的高离子电导率，比纯QCS的电导率大约高出1.3倍。使用该膜的单个碱性燃料电池显示出98.7 mW cm-2的最大功率密度。因此，这种相对独立的机械支撑纤维芯和高浓度离子传导表面的设计为制备高性能阴离子交换膜提供了一种新的方法。

图1.QSiO2@PVDF纳米纤维的合成过程示意图。

图2.（A）PVDF、PDA@PVDF、SiO2@PVDF和QSiO2@PVDF纳米纤维垫的ATR-FTIR、（B）XPS和（C）TGA曲线，（D）表面涂层材料的TGA曲线。

图3.（A，E）PVDF、（B，F）PDA@PVDF、（C，G）SiO2@PVDF、（D，H）QSiO2@PVDF纳米纤维的SEM图像。

图4.在不同润湿时间后，PVDF、PDA@PVDF、SiO2@PVDF和QSiO2@PVDF纳米纤维垫的接触角。

图5.在（A）干态和（B）湿态下，PVDF基纳米纤维垫的拉伸应力-应变曲线。

图6.（A，E）QCS/PVDF、（B，F）QCS/PDA@PVDF、（C，G）QCS/SiO2@PVDF和（D，H）QCS/QSiO2@PVDF复合膜的截面SEM图像。

图7.（A）QCS和复合膜在不同温度下的面积和（B）厚度膨胀、（C）吸水率和（D）电导率。

图8.完全水合之前（A，D）和之后（B，C，E，F）的QCS和QCS/SiO2@PVDF膜的光学照片。

图9.QCS和复合膜的（A）干和（B）湿拉伸应力-应变曲线。

图10.干燥拉伸试验后（A）QCS/PVDF、（B）QCS/PDA@PVDF、（C）QCS/SiO2@PVDF和（D）QCS/QSiO2@PVDF膜的横截面SEM图像。

图11.（A）向下压力测试的模具和（B）切割器，（C）向下压力测试后的QCS、（D）QCS/PDA@PVDF膜和（E）QCS/QSiO2@PVDF膜。

图12.QCS和复合膜的TGA曲线。

图13.80℃下，（A）用2 M甲醇和不同浓度KOH作为燃料对QCS/QSiO2@PVDF复合膜进行ADMFC测试的极化和功率密度曲线，（B）用5 M KOH和2 M甲醇作为燃料对所有复合膜进行ADMFC测试的极化和功率密度曲线，以及（C）用5 M KOH和不同浓度甲醇作为燃料对QCS/QSiO2@PVDF复合膜进行ADMFC测试的极化和功率密度曲线。

图14.（A）QCS/QSiO2@PVDF复合膜在80℃下用2 M甲醇进行（B）100h计时安培分析前后的极化和功率密度曲线。