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多面体低聚倍半硅氧烷在聚合物电解质膜中的应用进展
摘要
多面体低聚倍半硅氧烷（T-PSil）是一种新型的有机-硅杂化材料，在聚合物电解质膜中有广泛的应用前景。本文针对T-PSil在聚合物电解质膜中的应用进展进行综述，包括T-PSil的合成方法、结构特点、聚合物电解质膜中的应用情况和存在的问题，以及未来的发展方向。
关键词：多面体低聚倍半硅氧烷；聚合物电解质膜；应用进展
Abstract
Tetrapodallowmolecularweighthalf-silsesquioxane(T-PSil)isanewtypeoforganic-siliconhybridmaterialwithgreatpotentialforapplicationinpolymerelectrolytemembranes.ThisarticleprovidesareviewoftheprogressintheapplicationofT-PSilinpolymerelectrolytemembranes,includingthesynthesismethods,structuralcharacteristics,applicationstatusandcurrentissuesinpolymerelectrolytemembranes,aswellasthefuturedevelopmentdirection.
Keywords:Tetrapodallowmolecularweighthalf-silsesquioxane;polymerelectrolytemembrane;applicationprogress
引言
聚合物电解质膜（PEM）是燃料电池和电解水制氢的关键元素。它具有高离子传导率、低电阻、薄膜和可塑性等优点，因此在许多领域都有广泛的应用前景。传统的聚合物电解质膜材料主要是含磺酸基的氟化聚合物。然而，这些材料容易水解和腐蚀，从而限制了它们的长期稳定性和使用寿命。因此，寻找一种新型的聚合物电解质膜材料具有重要的研究价值。
多面体低聚倍半硅氧烷（T-PSil）是一类新型的有机-硅杂化材料，它具有低密度、高温稳定性和高离子导电率等优点。近年来，T-PSil已成为研究热点，其在聚合物电解质膜中的应用也备受关注。本文将对T-PSil在聚合物电解质膜中的应用进展进行综述，以期为该领域的研究提供参考。
一、T-PSil的合成方法
T-PSil是一种四面体形状的硅氧烷，具有一定的空心结构。其合成方法有多种，例如Sol-gel法、水热法、气相沉积法和过程（Process）法等。其中，Sol-gel法是最为常用的一种方法。Sol-gel法的原理是将硅前体溶解在适当的有机或无机溶剂中，在氢氧化物和酸或酸性催化剂的作用下，形成类似于孔洞的聚合物基质。随后，通过蒸发和煅烧等后续处理步骤，形成T-PSil的四面体结构。不同的合成方法会影响T-PSil的结构和性质。在T-PSil的合成过程中，可以通过控制反应参数和溶液条件等来调节其形态结构和性能，例如改变前驱体的物质、选择适当的催化剂、控制pH值和溶液温度等。
二、T-PSil的结构特点
T-PSil是一种四面体形状的硅氧烷，具有一定的空心结构。其结构示意图如图1所示。
图1T-PSil的结构示意图
T-PSil的核心为四面体硅氧框架，其四个三角面外延伸出四个有机取代基。硅氧框架具有坚硬且致密的结构，有机取代基则提供了松散的外壳结构和良好的良性填充形状。这种结构可以形成空气间隙，既能够使络合物分散均匀，又能够降低质量密度。
三、T-PSil在聚合物电解质膜中的应用情况
T-PSil在聚合物电解质膜中有广泛的应用前景。它可以用作改性剂、导电剂或填充剂，主要用于提高聚合物电解质膜的电化学性能和热稳定性。此外，T-PSil还可以与其他材料复合，例如碳纳米管、氧化石墨烯等，用于制备新型的复合材料电解质膜。下面重点介绍T-PSil在聚合物电解质膜中的应用情况。
1.T-PSil作为聚合物电解质膜的改性剂
在聚合物电解质膜中，T-PSil可作为改性剂用于提高膜的电化学性能。Li等通过Sol-gel法合成了T-PSil，并将其加入到聚苯醚醚砜（PES）基质中制备了复合膜[1]。结果表明，T-PSil可以增加复合膜的电导率和耐化学腐蚀性能，提高电池的性能。
2.T-PSil作为聚合物电解质膜的导电剂
在燃料电池等电化学器件中，导电剂是至关重要的元素，通常使用含氟聚合物作为基础材料。然而，传统的含氟聚合物具有不良的热稳定性和机械强度，容易导致老化和腐蚀。T-PSil作为非含氟的导电剂可以提高聚合物电解质膜的耐用性和热稳定性。Wu等[2]采用Sol-gel法合成了T-PSil，并将其复合到聚偏二氟乙烯（PVDF）基质中制备了复合膜，结