生物啟發(fā)下DMFC膜的制備與質(zhì)子傳導(dǎo)性能研究.pdf

1、為提高新型直接甲醇燃料電池(DMFC)質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導(dǎo)性能,本研究從自然界的生物化學(xué)過程獲得啟發(fā),模仿生物礦化過程和紫膜質(zhì)子泵機理,設(shè)計并制備了有機-無機雜化質(zhì)子交換膜,系統(tǒng)地研究了無機填充材料的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成對膜質(zhì)子傳導(dǎo)性能的影響。本研究分為三個部分：
　　 第一部分用仿生礦化的方法合成了以硫酸軟骨素(ChS)為模板的羥基磷灰石(BHA)顆粒,并將其填入殼聚糖(CS)基膜中制備了CS／BHA質(zhì)子交換膜。由于HA與ChS

2、存在強相互作用,BHA顆粒能在酸性環(huán)境下保持穩(wěn)定。膜的熱穩(wěn)定性和親水性也由于BHA顆粒的摻入而明顯提高,自由體積特性得到改善。膜的阻醇和質(zhì)子傳導(dǎo)能力均隨BHA填充量的提高而增強。當(dāng)BHA填充量為8 wt％時,雜化膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率為1.46×10-2S·cm-1,比純CS膜提高127％。相應(yīng)的選擇性是純CS膜的2.8倍。
　　 第二部分用表面有序排列著甘氨酸殘基的片狀和針狀草甘膦酸鋯(分別記為fZrG和nZrG)晶體顆粒和含有氨基的

3、CS制備了CS／fZrG和CS／nZrG雜化膜。結(jié)果表明,fZrG和nZrG顆粒在膜內(nèi)分散均勻,膜的熱穩(wěn)定性和阻醇能力得到提高。CS／nZrG膜的質(zhì)子傳導(dǎo)性能優(yōu)于CS／fZrG膜,但阻醇稍差。CS／fZrG-20％和CS／nZrG-15％膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率分別為5.48×10-3S·cm-1和6.32×10-3S·cm-1,較CS膜提高30.5％和50.5％。CS／nZrG-20％膜的選擇性較CS膜提高73.6％。
　　 第三部分將