Синтез и свойства новых сульфированных полинафтоиленимидов и политриазолов для протонпроводящих мембран низкотемпературных топливных элементов

На основе впервые синтезированных сульфированных полигетероариленов созданы новые эффективные протонпроводящие мембраны, пригодные для использования в низкотемпературных водородных и метанольных топливных элементах, сравнимые или превосходящие по своим свойствам коммерческие мембраны семейства Nafion®. Разработан метод синтеза высокомолекулярных, пленкообразующих, функционализированных полинафтоиленимидов на основе диангидрида 1,4,5,8-нафталинтетракарбоновой кислоты, не требующий использования токсичных фенольных растворителей. На модельных соединениях впервые исследованы реакции алкилирования и 1,3-диполярного присоединения с целью функционализации полинафтоиленимидов с гидроксигруппами с помощью полимер-аналогичных превращений. С помощью «click»-реакции Хьюсгена получены новые типы высокомолекулярных, пленкообразующих сульфированных 1Н-1,2,3-политриазолов, а также сетчатых систем, устойчивых к гидролизу и пригодных для использования в качестве протон-проводящих мембран в топливных элементах. На основе сульфированных полинафтоиленимидов и 1Н-1,2,3-политриазолов впервые получены полувзаимопроникающие сетки, образующие прочные и эластичные пленки, с повышенной гидролитической стабильностью и высоким влагопоглощением. Изучены их сорбционные свойства и термогидролитическая устойчивость. Оптимизированы и усовершенствованы методы получения сульфированных диаминов и ароматических диазидов, а также терминальных ацетиленов с высокими конечными выходами и высокой степени чистоты, пригодных для синтеза высокомолекулярных полимеров. Проведено тестирование лучших образцов протон-проводящих мембран на основе синтезированных сульфированных полинафтоиленимидов и политриазолов в мембранно-электродном блоке водородно-воздушного и метанольно-воздушного топливных элементов, которое показало их конкурентность и практическую значимость в качестве альтернативы дорогостоящим перфторированным коммерческим мембранам Nafion®117 и Nafion®212.