為了制備出兼具高電導(dǎo)率和優(yōu)異力學(xué)性能的高溫質(zhì)子交換膜,本工作采用化學(xué)自交聯(lián)的方法將含氮功能基團聚乙烯亞胺（PEI,平均分子量200）接枝到氯甲基化聚砜（CMPSF）高分子鏈上制備磷酸摻雜型高溫質(zhì)子交換膜的基膜（PEI-PSF）.其中,PEI上的含氮功能基團既作為磷酸吸附位點,使高溫質(zhì)子交換膜獲得高的質(zhì)子傳導(dǎo)率,同時又作為交聯(lián)位點與CMPSF高分子鏈上的芐氯基團發(fā)生自交聯(lián)反應(yīng),使聚合物膜具有優(yōu)良的力學(xué)性能.傅里葉變換紅外光譜和X-射線光電子能譜測試結(jié)果表明,CMPSF高分子鏈上的芐氯基團與PEI上的含氮功能基團發(fā)生完全反應(yīng),且隨著聚砜氯甲基化程度的增加,膜中引入的PEI含量相應(yīng)增加,進而提升了PEI-PSF膜的磷酸摻雜水平.氯甲基化程度為58%的PEI-PSF膜（PEI-PSF-58）磷酸吸附量達到122 wt%,在180℃無水條件下質(zhì)子電導(dǎo)率達到3.4×10^-2 S·cm^-1,同時該復(fù)合膜拉伸強度達到30MPa.基于磷酸摻雜的PEI-PSF-58復(fù)合膜的高溫質(zhì)子交換膜燃料電池在150℃干氣條件下的輸出峰功率達到200 mW·cm^-2... 

【文章來源】：化學(xué)學(xué)報. 2020,78(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

聚合物核磁共振氫譜.(a)PSF,(b)CMPSF-58

CMPSF上的芐氯基團與PEI發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)之后造成Cl元素和N元素化學(xué)環(huán)境發(fā)生變化,如圖4所示.圖4a為CMPSF-58和PEI-PSF-58膜的Cl元素XPS精細譜.對于未加入PEI的CMPSF-58膜,出現(xiàn)了Cl 2p的峰,分別由Cl 2p3/2的199.8 eV和Cl 2p1/2的201.5 eV峰組成,這是共價鍵合的氯物種的特征峰[26].而與PEI發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)后形成的PEI-PSF-58中Cl元素的能譜峰基本消失,說明CMPSF中以共價鍵存在的Cl元素基本上全部轉(zhuǎn)為離子態(tài)的氯離子,并通過離子交換后被交換出膜材料.圖4b為CMPSF和PEI-PSF膜的N元素XPS精細譜.由圖4b可知,PEI-PSF中出現(xiàn)了Ⅰ、Ⅱ兩個N 1s峰,位于399.07 eV處的Ⅰ代表著仲胺N的特征峰,而位于400.22 e V處的Ⅱ代表著叔胺N的特征峰[27].峰Ⅰ、Ⅱ面積基本相同,即交聯(lián)后叔胺和仲胺的數(shù)量基本相等,表明芐氯基團主要是和PEI中的伯胺和仲胺發(fā)生交聯(lián)反應(yīng).另外,未見伯胺N的特征峰,說明了PEI中伯胺N全部與CMPSF-58中的芐氯基團發(fā)生了交聯(lián)反應(yīng).圖4 CMPSF-58和PEI-PSF-58的XPS譜圖.(a)Cl 2p電子結(jié)合能,(b)N 1s電子結(jié)合能

圖3 PSF,CMPSF和PEI-PSF膜的傅里葉變換紅外光譜圖圖5為PSF和PEI-PSF-58在氮氣氣氛下的熱重分析曲線.PSF作為一種熱穩(wěn)定性優(yōu)異的工程塑料[28～30],其起始熱分解溫度為480℃左右.所制備的PEI-PSF-58膜材料在210℃后開始失重,主要是由于側(cè)鏈PEI的熱分解所致[31].因此,所制備的PEI-PSF可以滿足高溫質(zhì)子交換膜150℃左右的溫度范圍使用要求.

【參考文獻】：
期刊論文
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