含不同氮雜環(huán)結(jié)構(gòu)的質(zhì)子交換膜制備與性能研究.pdf

1、新能源研究和應(yīng)用越來(lái)越受關(guān)注，利用氫能源作為燃料的質(zhì)子交換燃料電池(PEMFC)因其清潔、高效的特點(diǎn)也受到科研學(xué)者的廣泛研究，而質(zhì)子交換膜(PEM)的性能影響對(duì)PEMFC的應(yīng)用十分關(guān)鍵。
　　目前應(yīng)用較為成熟的PEM是DuPont公司生產(chǎn)的Nafion膜，但其價(jià)格昂貴，高溫下因水分流失而使得其質(zhì)子傳導(dǎo)性降低。結(jié)合質(zhì)子的傳導(dǎo)機(jī)理，本論文研究了含不同氮雜環(huán)結(jié)構(gòu)的質(zhì)子交換膜材料的制備與性能，并從分子設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，根據(jù)聚芳醚砜類材料較為

2、良好的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性的特點(diǎn)，通過(guò)直接縮聚法合成一系列具有相同磺化度不同氮雜環(huán)含量及種類的磺化聚芳醚砜共聚物，從而使磺酸基團(tuán)與氮雜環(huán)都固定在聚合物骨架上，這樣一方面防止氮雜環(huán)會(huì)像小分子化合物通過(guò)物理?yè)诫s而易導(dǎo)致脫落的問(wèn)題，另一方面也避免了在后磺化的過(guò)程中聚合物的磺化度難以控制或副反應(yīng)的發(fā)生等問(wèn)題。
　　本文所討論的氮雜環(huán)主要是噁二唑和三唑，由此引伸出不同種類氮雜環(huán)對(duì)膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率的影響。因此，首先制備了噁二唑及三唑單體，并通過(guò)紅

3、外光譜和核磁測(cè)試證明了單體的結(jié)構(gòu)，然后分別利用這兩種單體制備了含氮雜環(huán)磺化聚合物膜。通過(guò)對(duì)這兩個(gè)系列膜性能的測(cè)試和研究，兩種膜材料都具有較好的吸水性能，相對(duì)較高溫下可以傳遞質(zhì)子。膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率展現(xiàn)較低的相對(duì)濕度依賴性。在100℃，相對(duì)濕度為20％條件下，SPAEKST-30％的質(zhì)子傳導(dǎo)率達(dá)到了1.1 mScm-1。比對(duì)來(lái)講，含三唑聚合物保水能力更好些，但吸水率及溶脹率也都較高，而含噁二唑聚合物的保水力略弱，但尺寸穩(wěn)定性良好，均有利有弊。

4、
　　為了進(jìn)一步提高膜的機(jī)械性能和結(jié)構(gòu)的致密性，本文還利用共溶劑法制備了磺化聚芳醚酮砜/聚芳醚砜噁二唑復(fù)合膜，旨在將磺化單體與氮雜環(huán)分別固定在不同的聚合物主鏈上，由此減小鏈空間位阻，從而改善膜結(jié)構(gòu)的致密性和機(jī)械性能。經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該復(fù)合膜具有良好的尺寸穩(wěn)定性和阻醇性能，掃描電子顯微鏡(SEM)照片顯示，復(fù)合膜具有較好的致密結(jié)構(gòu)，其甲醇滲透系數(shù)為3.9×10-7～6.6×10-7crn2/s，低于SPAEKS的8.7×10-7cm2