Abstract Ion-conductive polymers having highly ordered and well-defined phase-separated structures are potential materials for use as monovalent anion-selective membranes (MASMs). In this work, to investigate the effect of hydrophobic spacers, four side-chain-type imidazolium salt-tethered poly(arylene ether sulfone) anion-exchange membranes (AEMs) with different alkyl spacer lengths (–CH2– number: 3, 6, 9, and 12) were fabricated for use in electrodialysis (ED). Our investigations using atomic force microscopy, small angle X-ray scattering and X-ray diffraction demonstrate that the extended alkyl spacers change the nano-phase-separated structures, with an increased ion cluster space ranging from 3.29 nm to 7.76 nm, resulting from increased immiscibility between the additional hydrophobic alkyl spacers and (i) the hydrophobic aromatic backbones and (ii) the hydrophilic ion-conductive groups. In addition, with the extension of the alkyl spacer, chloride (Cl−) ion conductivity at 25 °C decreases from 16.4 mS cm−1 to 11.4 mS cm−1 and water uptake is reduced to 12.8% (20 °C). It is found that the as-prepared AEM with a hexyl alkyl spacer shows the superior perm-selectivity (Cl−/SO42−) of 7.10 (separation efficiency: 70.3%), as compared with three others (3.48, 6.81, and 4.26). This work thus presents an efficient strategy to guide the architectural design of novel MASMs.

中文翻译：

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具有咪唑盐封端侧链的单价阴离子选择性阴离子交换膜：研究疏水性烷基间隔长度的影响

摘要 具有高度有序和明确相分离结构的离子导电聚合物是用作单价阴离子选择性膜 (MASM) 的潜在材料。在这项工作中，为了研究疏水性间隔物的影响，四种侧链型咪唑盐系聚（亚芳基醚砜）阴离子交换膜（AEM）具有不同的烷基间隔物长度（–CH2– 数：3、6、 9 和 12) 被制造用于电渗析 (ED)。我们使用原子力显微镜、小角 X 射线散射和 X 射线衍射进行的研究表明，扩展的烷基间隔物改变了纳米相分离结构，离子簇空间增加，范围从 3.29 nm 到 7.76 nm，由于额外的疏水性烷基间隔基与 (i) 疏水性芳族主链和 (ii) 亲水性离子导电基团之间的不混溶性增加。此外，随着烷基间隔基的延伸，25 °C 下的氯 (Cl-) 离子电导率从 16.4 mS cm-1 降低到 11.4 mS cm-1，吸水率降低至 12.8% (20 °C)。结果表明，与其他三种（3.48、6.81 和 4.26）相比，制备的带有己基烷基间隔基的 AEM 具有 7.10（分离效率：70.3%）的优异渗透选择性（Cl-/SO42-） . 因此，这项工作提出了一种有效的策略来指导新型 MASM 的架构设计。4 mS cm-1，吸水率降低至 12.8% (20 °C)。结果表明，与其他三种（3.48、6.81 和 4.26）相比，制备的带有己基烷基间隔基的 AEM 具有 7.10（分离效率：70.3%）的优异渗透选择性（Cl-/SO42-） . 因此，这项工作提出了一种有效的策略来指导新型 MASM 的架构设计。4 mS cm-1，吸水率降低至 12.8% (20 °C)。结果表明，与其他三种（3.48、6.81 和 4.26）相比，制备的带有己基烷基间隔基的 AEM 具有 7.10（分离效率：70.3%）的优异渗透选择性（Cl-/SO42-） . 因此，这项工作提出了一种有效的策略来指导新型 MASM 的架构设计。