基于酸堿對構建質子傳遞通道及其微環(huán)境優(yōu)化.pdf

1、質子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種將化學能轉化為電能的新能源，因具有高效、無污染等優(yōu)點而得到廣泛關注，并成為研究熱點。質子交換膜(PEM)作為燃料電池的關鍵組件之一，其質子傳導率直接決定著燃料電池的性能。研究發(fā)現，連續(xù)的質子傳遞通道和適宜的傳遞位點是質子在膜中高效傳遞的基礎。而高縱寬比的一維或二維材料在連續(xù)通道構建上具有獨特優(yōu)勢，酸性和堿性基團形成的酸堿對可作為低阻力傳遞位點供質子高效傳遞。本論文基于雜化思想，采用物理共混法將改性納

2、米管/片填充到PEM中構建連續(xù)質子傳遞通道，并向膜內引適宜質子傳導位點，提高PEM質子傳導率。研究膜微觀結構對質子傳導方式和效率的影響規(guī)律，獲得膜傳導過程強化的方法與理論。具體研究工作如下:
　　(1)埃洛石納米管(HNTs)具有高縱寬比，有利于構建連續(xù)的質子傳遞通道。本研究在HNTs表面引入富含磺酸基團的高分子層，成為磺化埃洛石納米管(SHNTs)，與磺化聚醚醚酮(SPEEK)共混制備雜化膜，并對膜進行表征和測試，探索質子在膜中

3、的傳遞方式和機理。結果顯示:在25℃、100％相對濕度條件下，SPEEK/S4HNT-10膜的質子傳導率為0.0245S/cm，比SPEEK空白膜高61％，表明SHNTs可提高質子傳導效率，促進質子在傳遞通道內高效傳遞。
　　(2)受生物粘合機理啟示，用多巴胺對HNTs改性，在其表面引入富含胺基和亞氨基的聚多巴胺層，與SPEEK共混制備雜化膜。對雜化膜進行系統(tǒng)表征和測試，探索質子在膜中的傳遞方式和機理。結果顯示:在25℃、100％

4、相對濕度條件下，多巴胺改性埃洛石納米管(DHNTs)的填充量為30％時，雜化膜的質子傳導率達到最大值，為0.018S/cm，表明SPEEK分子的磺酸基團與聚多巴胺層的堿性基團形成的酸堿對，在DHNTs表面形成了低阻力的傳遞通道，提高了膜質子傳導率。
　　(3)氧化石墨烯(GO)具有高比表面積，有利于構建連續(xù)質子傳遞通道。本研究在GO表面引入富含磺酸基團的高分子層，與殼聚糖(CS)共混制備雜化膜。結果顯示:CS/S4GO-2膜在25