Двумерная ЯМР-спектроскопия выявляет инициированную катионами деструкцию основной цепи анионообменных мембран на основе полисульфона

Анионообменные мембраны (AEM) широко применяются в качестве электролита и/или связующего электрода в топливных элементах, электродиализных установках, проточных и металло-воздушных батареях, а также электролизёрах. AEM характеризуются низкой стабильностью в щелочных средах; их деструкция вызывается гидроксид-ионами — сильными нуклеофилами. Мы использовали методы двумерного ядерного магнитного резонанса (2D ЯМР) для исследования стабильности полимерной основной цепи, в отличие от стабильности катиона, в AEM в щелочных средах. Мы установили механизм необычного, часто наблюдаемого явления, при котором заведомо стабильная полисульфоновая основная цепь быстро разрушается в щелочных растворах после введения фиксированных катионных групп, устойчивых к щелочи. С помощью корреляционной спектроскопии (COSY) и спектроскопии гетероядерной множественной квантовой корреляции (HMQC; 2D ЯМР) мы однозначно показали, что введённая катионная группа инициирует деструкцию полимерной основной цепи в щелочной среде посредством гидролиза четвертичного атома углерода и гидролиза эфирных связей, что приводит к быстрому отказу мембраны. Этот результат ставит под сомнение распространённое представление о том, что для получения стабильной AEM достаточно стабильного катионного фрагмента, и подчёркивает важность часто игнорируемой проблемы стабильности основной цепи.