發(fā)布時間：2017-04-15 09:06

  本文關(guān)鍵詞：分子鏈含POSS芳香族聚合物質(zhì)子交換膜的制備及性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：籠型聚倍半硅氧烷(POSS)由于其特殊的有機(jī)-無機(jī)雙重性質(zhì),可通過自下而上(bottom-up)的合成設(shè)計,通過POSS或功能化的POSS和有機(jī)聚合物進(jìn)行摻雜,進(jìn)而得到與高分子具有良好相容性和分散性的雜化高分子材料,與聚合物形成真正意義的分子級復(fù)合,并賦予聚合物耐高溫、耐氧化等無機(jī)物性質(zhì)。近期的一些研究工作表明,將少量籠型倍半硅氧烷摻雜到質(zhì)子交換膜當(dāng)中,可提高質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率、耐水解性能、耐氧化性和機(jī)械性能,降低透醇率。但由于POSS大的比表面積及大的表面能,以物理混合方式將POSS摻雜到磺化芳香族聚合物的傳統(tǒng)方法易造成POSS的團(tuán)聚現(xiàn)象,阻礙了POSS復(fù)合膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率以及機(jī)械性能的進(jìn)一步提升。將POSS通過共價鍵引入聚合物,其一,可以使POSS基團(tuán)以共價鍵形式更穩(wěn)定地分散于高分子膜中,提高材料的長期使用穩(wěn)定性;其二,POSS中的硅氧結(jié)構(gòu)可賦予膜材料好的熱穩(wěn)定性,并促進(jìn)磺化聚合物主鏈形成有序的有機(jī)-無機(jī)微相分離結(jié)構(gòu)。并且,POSS較大的體積(1-3 nm)使質(zhì)子交換膜疏水相自由體積變大,促進(jìn)了離子通道的形成,在提高質(zhì)子傳導(dǎo)率的同時,減小磺化聚合物膜的溶脹率和透醇率,增強(qiáng)耐水解性能和機(jī)械性能,提高使用壽命;其三,在制備質(zhì)子交換膜過程中,可直接通過調(diào)控POSS單體的含量來調(diào)整質(zhì)子交換膜的化學(xué)、物理性質(zhì),制備方法更加簡單易應(yīng)用。本文從將POSS以共價鍵方式引入到磺化聚合物設(shè)計出發(fā),制備了分子鏈含POSS高性能芳香族聚合物質(zhì)子交換膜,并對其質(zhì)子傳導(dǎo)性能、穩(wěn)定性、機(jī)械性能進(jìn)行了研究。具體研究內(nèi)容如下:1、將二胺基POSS引入聚酰亞胺主鏈,制備了主鏈含POSS磺化聚酰亞胺質(zhì)子交換膜。結(jié)果表明,較傳統(tǒng)摻雜POSS制備質(zhì)子交換膜,該方法所得材料具有更為優(yōu)異的質(zhì)子傳導(dǎo)率和穩(wěn)定性。通過微觀結(jié)構(gòu)表征分析,闡明了POSS以共價鍵引入高分子主鏈對質(zhì)子傳遞通道和材料穩(wěn)定性的促進(jìn)作用。2、通過聚合、接枝及后磺化等方法成功制備了側(cè)鏈含磺化POSS梳狀磺化聚芳醚砜(PAES-sPOSS-x)復(fù)合膜,使磺化POSS具有更大的自由體積,從而更有利于形成連續(xù)的質(zhì)子傳輸通道,在保證聚合物機(jī)械性能、耐熱性能和化學(xué)穩(wěn)定性的同時,極大地提高了質(zhì)子傳導(dǎo)率。3、鑒于梳狀高分子在增大磺酸基自由體積的同時,溶脹率增大的缺點,我們又將對羥基苯磺酸和八環(huán)氧基POSS引入主鏈含羥基的聚醚醚酮,制備了側(cè)鏈含磺化POSS交聯(lián)型磺化聚醚醚酮質(zhì)子交換膜。該方法一方面將交聯(lián)結(jié)構(gòu)和側(cè)鏈通過一步法同時引入聚醚醚酮;另一方面,直接將磺酸基團(tuán)通過對羥基苯磺酸中的羥基引入聚合物,避免了后磺化過程聚合物易降解、磺化度不易控制的問題。結(jié)果表明,所得材料在保證具備較高質(zhì)子傳導(dǎo)率的同時,具備了較低的溶脹率,優(yōu)異的機(jī)械性能和較低的甲醇透過率。
【關(guān)鍵詞】：質(zhì)子交換膜 燃料電池 籠型聚倍半硅氧烷 磺化芳香聚合物膜
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM911.4;TB383.2
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-12
• 第一章 緒論12-33
• 1.1 引言12
• 1.2 燃料電池12-15
• 1.2.1 燃料電池簡介12-13
• 1.2.2 燃料電池的分類13-14
• 1.2.3 燃料電池的工作原理14
• 1.2.4 燃料電池的特點14-15
• 1.3 質(zhì)子交換膜燃料電池15-16
• 1.4 直接甲醇燃料電池16
• 1.5 質(zhì)子交換膜16-17
• 1.5.1 質(zhì)子交換膜的研究進(jìn)展16-17
• 1.5.2 質(zhì)子交換膜的要求17
• 1.5.3 質(zhì)子交換膜質(zhì)子傳導(dǎo)機(jī)理17
• 1.6 直接甲醇燃料電池用質(zhì)子交換膜17-27
• 1.6.1 Nafion(?)膜的摻雜改性研究18-20
• 1.6.2 酸-堿性聚合物質(zhì)子交換膜的研究20-22
• 1.6.3 磺化芳香類聚合物結(jié)構(gòu)再設(shè)計研究。22-25
• 1.6.4 有機(jī)芳香類聚合物-無機(jī)納米摻雜質(zhì)子交換膜的研究25-27
• 1.7 本論文設(shè)計思想及主要工作27-28
• 參考文獻(xiàn)28-33
• 第二章 主鏈含POSS磺化聚酰亞胺復(fù)合膜的合成及性能研究33-52
• 2.1 前言33
• 2.2 實驗部分33-38
• 2.2.1 實驗試劑33-34
• 2.2.2 主要儀器34
• 2.2.3 聚合物單體的合成34-35
• 2.2.4 聚合物合成35
• 2.2.5 薄膜的制備及酸化35-36
• 2.2.6 膜的性能表征36-38
• 2.3 結(jié)果與討論38-49
• 2.3.1 單體結(jié)構(gòu)表征38-39
• 2.3.2 薄膜制備及結(jié)構(gòu)表征39-41
• 2.3.3 熱性能和機(jī)械性能分析41-42
• 2.3.4 膜的微觀結(jié)構(gòu)42-44
• 2.3.5 IEC、吸水率和溶脹性能分析44-45
• 2.3.6 氧化穩(wěn)定性和水解穩(wěn)定性測試45-47
• 2.3.7 質(zhì)子傳導(dǎo)率及其穩(wěn)定性、甲醇滲透率及相對選擇性測試47-49
• 2.4 結(jié)論49
• 參考文獻(xiàn)49-52
• 第三章 側(cè)鏈含磺化POSS基梳狀磺化聚芳醚砜復(fù)合膜的合成及性能研究52-71
• 3.1 前言52
• 3.2 實驗部分52-58
• 3.2.1 實驗試劑52-53
• 3.2.2 主要儀器53
• 3.2.3 聚合物的單體合成53-54
• 3.2.4 聚合物合成54-56
• 3.2.5 PAES-sPOSS-x酸化膜的制備56
• 3.2.6 膜的性能表征56-58
• 3.3 結(jié)果與討論58-68
• 3.3.1 單體結(jié)構(gòu)表征58-59
• 3.3.2 POSS基梳型局部磺酸基密集型聚芳醚砜合成及結(jié)構(gòu)表征59-60
• 3.3.3 熱性能和機(jī)械性能分析60-62
• 3.3.4 膜的微觀結(jié)構(gòu)62-63
• 3.3.5 IEC、吸水率和溶脹性能評價63-66
• 3.3.6 氧化穩(wěn)定性66
• 3.3.7 質(zhì)子傳導(dǎo)率及其穩(wěn)定性、甲醇滲透率及相對選擇性測試66-68
• 3.4 結(jié)論68-69
• 參考文獻(xiàn)69-71
• 第四章 一鍋法制備側(cè)基含磺化POSS聚醚醚酮（PEEK）交聯(lián)膜及性能研究71-87
• 4.1 前言71
• 4.2 實驗部分71-76
• 4.2.1 實驗試劑71-72
• 4.2.2 主要儀器72
• 4.2.3 單體合成72
• 4.2.4 聚合物合成72-73
• 4.2.5 交聯(lián)膜的制備及酸化73-74
• 4.2.6 膜的性能表征74-76
• 4.3 結(jié)果與討論76-84
• 4.3.1 單體結(jié)構(gòu)表征76-79
• 4.3.3 熱性能和機(jī)械性能分析79-80
• 4.3.4 膜的微觀結(jié)構(gòu)80-81
• 4.3.5 IEC、吸水率和溶脹性能評價81-82
• 4.3.6 氧化穩(wěn)定性82-83
• 4.3.7 質(zhì)子傳導(dǎo)率及其穩(wěn)定性、甲醇滲透率及相對選擇性測試83-84
• 4.4 結(jié)論84-85
• 參考文獻(xiàn)85-87
• 第五章 主要結(jié)論87-88
• 研究成果88-90
• 致謝90

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