多面體硅氧烷接枝氮雜環(huán)在高溫質(zhì)子交換膜中的應(yīng)用.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)由于具有較高的能量轉(zhuǎn)化效率和對(duì)環(huán)境的友好性，而在交通運(yùn)輸和固定電源應(yīng)用上引人關(guān)注。而提高電池的運(yùn)行溫度到100-200℃，可以在提高燃料利用效率和降低催化劑CO中毒等方面更有優(yōu)勢(shì)，但是含有磺酸根(-SO3H)的質(zhì)子交換膜(如Nafion膜)，在高溫下會(huì)由于膜中的水含量降低造成質(zhì)子傳導(dǎo)率下降而不能在高溫時(shí)使用。因此，新型質(zhì)子傳導(dǎo)介質(zhì)的開(kāi)發(fā)就成為燃料電池高溫化的一個(gè)重要課題。本文將通過(guò)利用氮雜環(huán)類(lèi)離子液體和多

2、面體硅氧烷兩種化合物的可設(shè)計(jì)性合成兩種體系的化合物，并對(duì)Nafion溶液摻雜制得復(fù)合膜，并對(duì)復(fù)合膜性能進(jìn)行研究，得到以下結(jié)論：
　　 (1)通過(guò)完全水解氯丙基三甲氧基硅烷的方法，制得含有八條有機(jī)活性支鏈的六面體倍半硅氧烷(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane，POSS)，利用其支鏈上所帶的活性基團(tuán)與有機(jī)氮雜環(huán)(丙基咪唑和丙基三唑)相結(jié)合，得到多功能有機(jī)-無(wú)機(jī)結(jié)合的POSS-咪唑和POSS-三唑

3、化合物，并經(jīng)過(guò)紅外光譜和核磁共振光譜表征，證實(shí)合成路線(xiàn)正確。最后把兩種化合物對(duì)Nafion摻雜制得復(fù)合膜。
　　 (2)分別對(duì)Nafion/POSS-咪唑和Nafion/POSS-三唑復(fù)合膜進(jìn)行SEM、AFM、EFM和元素線(xiàn)性分布能譜表征，顯示合成顆粒在膜中分布均勻，粒徑大小為10-30nm，與Nafion有很好的兩相相容性；熱力學(xué)分析表明摻雜POSS接枝氮雜環(huán)能提高膜的高溫機(jī)械性能，其使用溫度可以到160℃以上；機(jī)械性能測(cè)試