磺化聚芳醚燃料電池質子交換材料的設計與合成.pdf

1、本報告合成了一系列燃料電池質子交換膜用磺化聚芳醚高分子材料，并對其性能進行了表征。通過分子設計方法將磺酸功能基分別引入聚芳醚高分子材料的主鏈和側鏈的不同位置，并比較了磺酸基位置對高分子材料性能的影響。另外本報告還合成了一種可在光照條件下迅速交聯(lián)的聚合物，它與有機發(fā)光二極管的空穴傳輸材料具有良好的相容性，通過將空穴傳輸有機小分子溶解于該聚合，可以改善空穴傳輸材料的綜合性能，并實現(xiàn)空穴傳輸層的spin-coating制作。 首先利用

2、親核取代縮聚法從不同的雙酚和活化二鹵及全氟聯(lián)苯合成了帶側基聚芳醚高分子，通過分子設計的方法實現(xiàn)了高分子主鏈醚鍵鄰位引入保護基，使得磺化過程中，只在側鏈苯環(huán)上引入磺酸基。并且通過調節(jié)磺化劑的用量實現(xiàn)磺化度的可控可調?；腔鄯济迅叻肿拥慕Y構及磺化度可能通過核磁共振譜及元素分析方法來確定。所合成的磺化聚合物具有比較高的玻璃化轉變溫度及高的分子量且具有比較好的溶解性。在DMSO，DMAc，DMF等普通溶劑中都具有比較好的溶解度，且可以溶液澆鑄的

3、方法得到平整且韌性高的高分子薄膜。所制備的薄膜具有很好的熱穩(wěn)定性及水解穩(wěn)定性。Fenton試劑氧化試驗也表明該薄膜具有很好的抗氧化性穩(wěn)定性。 所制備的高分了膜的質子傳導性能在同樣的條件下與傳統(tǒng)的質子交換膜Nafion(R)117相當。實驗表明，所合成的側基上帶有磺酸功能基的磺化聚芳醚高分子材料可以作為燃料電池的質子交換膜材料。 通過比較后磺化及直接聚合法制備的磺化聚芳醚的綜合性能發(fā)現(xiàn)，由后磺化法制備的側基上帶磺酸基的磺化

4、聚芳醚熱穩(wěn)定性及水解穩(wěn)定性均優(yōu)于直接磺化法制備的磺化聚芳醚。Fenton試劑檢驗表明側基上帶有磺酸功能基的聚合物具有良好的氧化穩(wěn)定性。由合成的磺化聚芳醚組成的膜電極組件(MEA)與Nafion115-MEA相比具有比較好的電池性能。 通過與磺化單體直接聚合制備了一系列的高分子量的磺化聚芳醚，用核磁共振譜和元素分析對其結構和磺化度進行了分析確定，用熱失重法分析表明該系列聚合物具有良好的熱穩(wěn)定性，它們在DMSO，DMAc和DMF中具