基于MOFs質(zhì)子交換膜的制備及其質(zhì)子傳導(dǎo)性能.pdf

1、質(zhì)子交換膜是質(zhì)子交換膜燃料電池的關(guān)鍵部件，對(duì)燃料電池的性能起決定性作用。目前，商業(yè)化的Nafion膜具有合成困難、價(jià)格昂貴以及氟污染等問(wèn)題，不利于燃料電池的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。因此，需要研發(fā)高性能、低成本的新型無(wú)氟質(zhì)子交換膜，以推進(jìn)燃料電池商業(yè)化進(jìn)程。
　　聚(1，4-亞苯基醚-醚-砜)(PEES)通過(guò)后磺化處理可以得到具有較高質(zhì)子傳導(dǎo)能力的磺化聚(1，4-亞苯基醚-醚-砜)(SPEES)。但是它的物理化學(xué)性質(zhì)，特別是穩(wěn)定性受到影響

2、。沸石咪唑酯骨架結(jié)構(gòu)(ZIFs)具有較大比表面積、孔結(jié)構(gòu)和功能可調(diào)控等優(yōu)異的物理化學(xué)性能。
　　本論文將PEES通過(guò)后磺化處理得到SPEES，然后將SPEES與水熱合成的ZIFs進(jìn)行混合，最后通過(guò)溶液澆鑄法合成一系列ZIFs/SPEES復(fù)合膜。對(duì)這些膜進(jìn)行了FTIR、XRD、SEM、TG、IEC、吸水率、溶脹率、化學(xué)穩(wěn)定性和質(zhì)子傳導(dǎo)性表征。結(jié)果表明，當(dāng)SPEES膜的磺化度為42.2％，ZIF-8和SPEES的質(zhì)量比為1∶100的Z

3、IF-8/SPEES-1復(fù)合膜具有很好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性:300℃后才開(kāi)始分解，在80℃下的溶脹率僅為3.81％，在Fenton試劑中完全溶解時(shí)間為352 min。ZIF-8和SPEES的質(zhì)量比為0.4∶100的ZIF-8/SPEES-0.4復(fù)合膜具有最高的質(zhì)子傳導(dǎo)性能，在80℃、90％ RH下，它的質(zhì)子傳導(dǎo)率高達(dá)0.042 S·cm-1，大于相同條件下純SPEES膜的0.027 S·cm-1。
　　將ZIF-67與磺化度為5

4、2％的SPEES復(fù)合得到的ZIF-67/SPEES復(fù)合膜具有較好的熱力學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性，并且沒(méi)有出現(xiàn)明顯的微相分離。其中ZIF-67和SPEES的質(zhì)量比為0.3∶100的ZIF-67/SPEES-0.3復(fù)合膜在80℃、90％RH下的質(zhì)子傳導(dǎo)率可以達(dá)到0.07 S·cm-1。最后，將含有大量親水基團(tuán)的氧化石墨(GO)復(fù)合到上述材料中，得到ZIF-67/GO/SPEES復(fù)合膜，不但提高了質(zhì)子傳導(dǎo)率，而且也提高了膜的穩(wěn)定性。當(dāng)ZIF-67/GO