為得到高效低成本的質(zhì)子交換膜材料,選用磷酸鋯（Zr P）引入聚酰亞胺（PI）有機(jī)基體中制備PI/Zr P質(zhì)子交換復(fù)合膜。利用紅外吸收光譜表征復(fù)合膜結(jié)構(gòu),通過掃描電鏡觀察復(fù)合膜形貌,并對(duì)復(fù)合膜的含水率、溶脹度、熱穩(wěn)定性和質(zhì)子傳導(dǎo)性能進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:Zr P均勻分散在質(zhì)子交換復(fù)合膜中,Zr P的加入增強(qiáng)了質(zhì)子交換復(fù)合膜的保水性能和熱穩(wěn)定性。PI/Zr P質(zhì)子交換復(fù)合膜能提供穩(wěn)定的質(zhì)子傳輸通道,隨著Zr P摻雜量的增加復(fù)合膜的質(zhì)子電導(dǎo)率升高,在90℃、相對(duì)濕度為100%的環(huán)境中,PI/20%Zr P復(fù)合膜的質(zhì)子電導(dǎo)率達(dá)到3.61×10-2m S·cm-1。 

【文章來源】：常州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2016,28(01)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

磷酸鋯的粒徑分布圖

?00%(2)式中:Sdry和Swet分別為干膜面積和濕膜面積，cm2。質(zhì)子交換復(fù)合膜的質(zhì)子電導(dǎo)率采用四電極交流阻抗法，通過上海華辰儀器公司的CHI600C電化學(xué)工作站在100Hz～100kHz內(nèi)測(cè)定膜樣品在去離子水中的阻抗值。樣品質(zhì)子電導(dǎo)率由公式(3)計(jì)算得到。σ=DLBＲ(3)式中:σ為復(fù)合膜的質(zhì)子電導(dǎo)率，S·cm－1;D是兩檢測(cè)電極之間的距離，cm;L和B分別是樣品膜的厚度和寬度，cm;Ｒ是膜的交流阻抗值，Ω。2結(jié)果與討論2.1ZrP表征ZrP的粒徑分布如圖1所示。圖中ZrP的平均粒徑為825nm。ZrP的X射線衍射譜圖如圖2所示。從圖中可以看出，在2θ=11.55o，19.68o，24.87o3處的衍射峰與文獻(xiàn)［15］報(bào)道對(duì)應(yīng)，且峰型尖而窄，說明樣品晶度高，可用于摻雜實(shí)驗(yàn)。圖1磷酸鋯的粒徑分布圖Fig．1ParticlesizedistributionofZrP圖2磷酸鋯顆粒XＲD圖Fig．2XＲDpatternofZrPparticles2.2PI/ZrP質(zhì)子交換復(fù)合膜的紅外分析圖3為PI膜及PI/ZrP復(fù)合膜的紅外光譜圖。如圖所示，1780cm－1處為C=O的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，1720cm－1處為C=O的對(duì)稱伸縮振動(dòng)特征峰，1380cm－1處的峰為亞胺環(huán)上C－N的伸縮振動(dòng)，725cm－1處的峰歸屬于C=O的彎曲振動(dòng)，這些是聚酰亞胺的特征吸收峰。其中，960～1125cm－1范圍內(nèi)的強(qiáng)吸收峰是磷酸基團(tuán)的特征峰，這表明ZrP已經(jīng)成功摻雜于PI膜內(nèi)。2800～3500cm－1范圍內(nèi)的強(qiáng)吸收峰，對(duì)應(yīng)于PI膜內(nèi)亞胺環(huán)上的C=O與ZrP內(nèi)的P-OH基團(tuán)發(fā)生氫鍵締合，以及P-OH相互之間發(fā)生分子間氫鍵共同引起的。圖3PI膜和PI/ZrP復(fù)合膜紅外圖譜Fig．3FT-IＲspectraofPImembraneandPI/ZrPcompositemembranes2.3PI/ZrP質(zhì)子交換復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性分析圖4為PI膜和PI/ZrP復(fù)合膜的熱重分析圖。從圖中可以看出，?

暮焱夥治?圖3為PI膜及PI/ZrP復(fù)合膜的紅外光譜圖。如圖所示，1780cm－1處為C=O的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，1720cm－1處為C=O的對(duì)稱伸縮振動(dòng)特征峰，1380cm－1處的峰為亞胺環(huán)上C－N的伸縮振動(dòng)，725cm－1處的峰歸屬于C=O的彎曲振動(dòng)，這些是聚酰亞胺的特征吸收峰。其中，960～1125cm－1范圍內(nèi)的強(qiáng)吸收峰是磷酸基團(tuán)的特征峰，這表明ZrP已經(jīng)成功摻雜于PI膜內(nèi)。2800～3500cm－1范圍內(nèi)的強(qiáng)吸收峰，對(duì)應(yīng)于PI膜內(nèi)亞胺環(huán)上的C=O與ZrP內(nèi)的P-OH基團(tuán)發(fā)生氫鍵締合，以及P-OH相互之間發(fā)生分子間氫鍵共同引起的。圖3PI膜和PI/ZrP復(fù)合膜紅外圖譜Fig．3FT-IＲspectraofPImembraneandPI/ZrPcompositemembranes2.3PI/ZrP質(zhì)子交換復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性分析圖4為PI膜和PI/ZrP復(fù)合膜的熱重分析圖。從圖中可以看出，隨溫度的升高PI膜的TGA曲線出現(xiàn)3個(gè)明顯的失重臺(tái)階，第一階段在20～100℃內(nèi)約5%的失重主要對(duì)應(yīng)于膜中水和殘留溶劑的揮發(fā)。第二階段在200～250℃內(nèi)約5%的失重主要?dú)w因于PI的含氧官能團(tuán)熱分解。超過450℃的失重是由于PI主鏈發(fā)生熱分解。圖3中復(fù)合膜的失重曲線同PI膜相似。其中PI/5%ZrP和PI/10%ZrP復(fù)合膜在50～100℃內(nèi)的失重超過PI膜，這是由于親水ZrP微粒吸濕后水分隨溫度升高蒸發(fā)導(dǎo)致。另外，除PI/5%ZrP以外，其余復(fù)合膜的第二個(gè)失重階梯并不明顯，可能是因?yàn)閆rP顆粒抑制了膜的脫水以及膜內(nèi)亞胺環(huán)上含氧官能團(tuán)的分解。含ZrP顆粒較少的PI/5%ZrP膜在超過180℃以后，抑制水分蒸發(fā)能力不足導(dǎo)致失重增加。復(fù)合膜在600℃下的殘留量均隨摻雜量的升高而增加，ZrP的摻雜最終提高了膜的熱穩(wěn)定性。·30·

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]交聯(lián)劑含量對(duì)堿性陰離子交換膜性能的影響[J]. 林本才,馮天英,喬剛,儲(chǔ)富強(qiáng),袁寧一,丁建寧.  常州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2015(03)



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