DOI:10.1016/j.memsci.2020.118198
納米纖維復合膜（NFCM）由于具有超高的面內質子傳導能力而顯示出作為質子交換膜的巨大潛力，但是受到通透性差（即，嚴重的傳導各向異性）的阻礙。在本文中，通過均勻填充2-5 nm量子點（QDs）的方法首次制備了雜化磺化聚醚醚酮（SPEEK）納米纖維。然后，將殼聚糖摻入到纖維墊的孔隙中以制備雜化納米纖維復合膜（HNFCM）。填充的量子點可以提供大量的質子傳導基團（–NH–/–NH2和–CO2H）。尤其，–NH–/–NH2基團與SPEEK中的–SO3H基團形成有序的酸堿對，從而為納米纖維中的質子跳躍提供低勢壘通道。以這種方式，HNFCM顯示出顯著增強的平面方向和厚度方向的質子傳導，降低了傳導各向異性，從而提高了氫燃料電池的性能。特別是，在90℃和100％RH下，這種HNFCM可實現高達456 mS cm-1的通面電導率，這幾乎是沒有QDs的NFCM的3倍，這也使電池功率密度增加了一倍。本研究還探討了量子點中官能團負載對膜性能的影響。
圖1.（a）SP、（b）SP/PQD-20％和（c）SP/GQD-20％在日光（左）和365 nm UV（右）下的圖像。（d）SP、（e）SP/PQD-20％和（f）SP/GQD-20％的SEM圖像。
圖2.（a）SP、SP/GQD-20％和SP/PQD-20％的XPS光譜（插圖為S元素含量）。（b）溶液形式的SP、SP/GQD-20％和SP/PQD-20％的FTIR光譜。（c）納米纖維形式的SP、SP/GQD-20％和SP/PQD-20％的FTIR光譜。（d）SP、SP/GQD-20％和SP/PQD-20％的IEC值。
圖3.（a）CS/SP/PQD-20％的表面和（b）截面SEM圖像。（c）CS、CS/SP、CS/SP/PQD-20％和CS/SP/GQD-20％的DSC曲線。（d）比較納米纖維（SP、SP/GQD-20％和SP/PQD-20％）與相應膜（CS/SP、CS/SP/GQD-20％和CS/SP/PQD-20％）的IEC值。
圖4.CS/SP和CS/SP/PQD-X的質子傳導特性：（a）在100％RH和不同溫度下測得的通面電導率（σ⊥）；（b）在80℃和不同RH下測得的通面電導率（σ⊥）；（c）在0％RH和不同溫度下測得的通面電導率（σ⊥）；（d）在0％RH和不同溫度下測得的面內電導率（σ∥）；（e）比較沿厚度方向和平面方向的轉移活化能；（f）在90℃和0％RH下測得的通面（σ⊥）、面內電導率（σ∥）和傳導各向異性系數（σ∥/σ⊥）。
圖5.CS/SP、CS/SP/GQD-20％和CS/SP/PQD-20％的質子傳導特性：（a）在100％RH和不同溫度下測得的通面電導率（σ⊥）；（b）在0％RH和不同溫度下測得的通面電導率（σ⊥）；（c）在0％RH和不同溫度下測得的面內電導率（σ∥）；（d）在90℃和0％RH下測得的面內電導率（σ⊥）、面內電導率（σ∥）和傳導各向異性系數（σ∥/σ⊥）。
圖6.在以下條件測量的CS/SP、CS/SP/PQD-20％和CS/SP/GQD-20％的燃料電池極化曲線和功率密度曲線：（a）60℃，75％RH；（b）60℃，0％RH。
