二氧化鈦包覆碳納米管-殼聚糖質(zhì)子交換膜的設(shè)計、制備及表征.pdf

1、殼聚糖作為質(zhì)子交換膜材料具有綠色環(huán)保、成本低以及阻醇性能好等優(yōu)點，但是其質(zhì)子傳導(dǎo)率低的特性限制了其作為質(zhì)子交換膜材料的應(yīng)用。質(zhì)子交換膜是燃料電池的核心組件，質(zhì)子交換膜的性能決定了燃料電池的性能。
　　本實驗通過制備銳鈦礦型二氧化鈦包覆碳納米管(TCNT)改性殼聚糖質(zhì)子交換膜，目的是在膜內(nèi)構(gòu)建更多的質(zhì)子傳輸通道，幫助質(zhì)子傳遞。這里對碳納米管改性的原因主要有兩個:1）減少碳納米管的團聚現(xiàn)象，幫助其在膜內(nèi)分散;2)減少碳納米管的直接接觸

2、，避免燃料電池工作時的短路現(xiàn)象。
　　使用表面活性劑包覆法制備TCNT，并作為摻雜相以不同含量摻雜殼聚糖膜得到CS/TCNT復(fù)合膜。并對復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)與性能進行表征與測試。實驗結(jié)果表明，CS/TCNT-5樣品具有最佳的質(zhì)子傳導(dǎo)率，室溫達到0.01357Scm-1，高于純CS膜的0.01046Scm-1，說明5％的摻雜量構(gòu)建的質(zhì)子傳輸通道最合適。與此同時，該樣品的阻醇性能相較于純膜也有較大提升，甲醇滲透率達到1.16×10-6cm2s

3、-1，低于純膜的2.75×10-6cm2s-1。綜合得到膜的選擇性，CS/TCNT-5樣品的選擇性達到1.67×104Sscm-1。
　　為進一步提升復(fù)合膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率，充分利用TCNT構(gòu)建的質(zhì)子傳輸通道，向殼聚糖膜內(nèi)摻入木質(zhì)素磺酸鈉(SLS)，引入磺酸基作為質(zhì)子傳遞過程中跳躍的位點。并測試復(fù)合膜的吸水率、氧化穩(wěn)定性、質(zhì)子傳導(dǎo)率與甲醇滲透率等性能。實驗結(jié)果表明，摻雜SLS的樣品吸水率相較于CS/TCNT5復(fù)合膜有所上升，氧化穩(wěn)定性