制備了萘磺酸型和芘磺酸型磺化聚砜（PSf-NS和PSf-TS）質(zhì)子交換膜（PEM）,探討了在相同的磺酸基團含量下,親水鏈段結(jié)構(gòu)對PEM的吸水率、吸水溶脹率、質(zhì)子傳導率和抗氧化穩(wěn)定性等的影響.結(jié)果顯示,由于親水基團遠離聚合物主鏈,能夠在納米水平形成類似于Nafion膜的相分離結(jié)構(gòu),PSf-NS和PSf-TS PEM在高磺化度下能保持良好的尺寸穩(wěn)定性.在相同的磺酸含量下, PSf-TS由于親水鏈段少,吸水效率更高,親水鏈段的磺酸基團數(shù)目多,有利于吸收水分的聚集,相分離結(jié)構(gòu)更明顯, PSf-TS在高吸水率下的尺寸穩(wěn)定性、抗氧化穩(wěn)定性和阻醇性能更好.其中PSf-TS-3膜在25和85℃的溶脹率僅為20.3%和48.1%,室溫時的甲醇擴散系數(shù)（DK）僅為7.54×10^-7 cm²/s,優(yōu)于商業(yè)化Nafion115膜在相同條件下的性能(16.8×10^-7 cm²/s),有望應(yīng)用于燃料電池. 

【文章來源】：膜科學與技術(shù). 2020,40(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

PSf、CMPSf和 PSf - TS的紅外光譜圖

以氘代氯仿為溶劑溶解聚合物,聚合物CMPSf、PSf - NS和PSf - TS的1H NMR譜圖見圖2.如圖2所示,CMPSf主鏈的質(zhì)子比較多,集中在6.831～7.883 ppm之間,在4.541 ppm處新出現(xiàn)了側(cè)鏈氯甲基質(zhì)子的化學位移; PSf - NS由于側(cè)鏈萘二磺酸基團的引入,1H NMR譜圖發(fā)生了很大的變化,b～j范圍內(nèi)的峰相互重合,在6.782～8.016 ppm出現(xiàn)一組大的吸收峰,側(cè)鏈亞甲基k處的質(zhì)子位移在4.557 ppm處,側(cè)鏈萘環(huán)上m、n、l處質(zhì)子的化學位移分別在7.802、7.312和7.963 ppm處;PSf - TS主鏈質(zhì)子的化學位移相互重合,集中在6.783～7.847 ppm處,由于側(cè)鏈芘磺酸基團的引入,相對于CMPSf的核磁氫譜發(fā)生了很大的變化,側(cè)鏈亞甲基的質(zhì)子化學位移出現(xiàn)在3.581 ppm處,芘磺酸上k、o、p、q、m和n處質(zhì)子的化學位移分別出現(xiàn)在7.201、7.852、6.927、7.352、8.952和7.832 ppm處.

將制備好的膜材在蒸餾水中充分浸泡,取出吸干表面水分,稱重W1(g),然后烘干稱重W2(g),WU通過 (W1-W2)/W2×100%來計算.圖3給出了PSf - TS和PSf - NS的WU與溫度之間的關(guān)系.從圖3可以看出,兩種PEM的WU隨著溫度的升高而增加.這與水分子的擴散速率增大有關(guān),溫度的升高促進了磺酸基團和水分子的運動,有利于它們相互結(jié)合形成水合離子簇,導致WU的增加.在相同的磺酸基團含量下,PSf - NS的WU明顯大于PSf - TS膜,這與兩種膜材的分子結(jié)構(gòu)有關(guān).磺酸基團BA相同時,PSf - NS的親水鏈段更多,可以形成更多的親水位點,吸收水分子的空間更大,最終導致WU增加,其中磺酸基團BA為1.51 mmol/g 的PSf - NS - 3膜的WU在25和85 ℃達到了23.3%和42.7%,高于Nafion115膜材相同條件下的性能,保持了很好的吸水性能[11-12].

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3091551