質(zhì)子交換膜中質(zhì)子輸送過(guò)程的Monte Carlo模擬.pdf

1、摘要本論文采用Monte Carlo方法模擬了單質(zhì)子和多質(zhì)子在質(zhì)子交換膜中的輸送過(guò)程。研究了質(zhì)子交換膜中質(zhì)子的輸送方式、導(dǎo)電性能及含磺酸基質(zhì)子交換膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)等，提出了質(zhì)子交換膜中新的質(zhì)子輸送模型，即單個(gè)質(zhì)子輸送的“雙組分無(wú)規(guī)行走”模型和多個(gè)質(zhì)子輸送的“足球賽場(chǎng)”模型。單質(zhì)子輸送的“雙組分無(wú)規(guī)行走”模型從含磺酸基質(zhì)子交換膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及質(zhì)子可能輸送的方式出發(fā)，把聚合物膜看作由兩區(qū)域組分組成的體系，即疏水性的高聚物主鏈區(qū)部分和

2、鏈上可接受質(zhì)子的陰離子部分記作 A 組分，含水部分(也可能是摻雜酸后混合酸的那部分)記作B組分。質(zhì)子在此不同區(qū)域組分上有不同的躍遷概率，同時(shí)提出了一些假設(shè)，如質(zhì)子在兩維方格子按無(wú)規(guī)行走隨機(jī)發(fā)生運(yùn)動(dòng)、格子體系動(dòng)態(tài)變化等。單質(zhì)子輸送模型研究了含水量(兩組分相對(duì)含量)、不同組分的躍遷概率、格子恢復(fù)時(shí)間、在不同組分上質(zhì)子躍遷距離等因素對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響。最后把模擬的結(jié)果與相關(guān)實(shí)驗(yàn)資料進(jìn)行了比較，證實(shí)該模擬運(yùn)行結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的含水量、

3、格子恢復(fù)時(shí)間等參數(shù)對(duì)質(zhì)子輸送過(guò)程的影響一致。 很多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都表明質(zhì)子在質(zhì)子交換膜中輸送主要是鏈段運(yùn)動(dòng)和質(zhì)子躍遷雙重作用的結(jié)果，利用模擬參數(shù)模型可以把能夠輸送的質(zhì)子數(shù)表征為鏈段運(yùn)動(dòng)和質(zhì)子躍遷兩項(xiàng)和的形式。模擬多質(zhì)子輸送的“足球賽場(chǎng)”模型把質(zhì)子交換膜中可以接納質(zhì)子的聚合物鏈段當(dāng)作最小單元，并假設(shè)每個(gè)鏈段由A/B這個(gè)整體組成，鏈段在格子上隨機(jī)分布，多個(gè)質(zhì)子在鏈段上隨機(jī)分布等假設(shè)。根據(jù)分析的不同影響因素調(diào)整模型，多質(zhì)子輸送的“足球賽