本文關(guān)鍵詞：納米纖維改性Nafion復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備與性能，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種可以將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置,具有功率密度高、啟動(dòng)快、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),是未來(lái)社會(huì)發(fā)展急需的綠色技術(shù)。質(zhì)子交換膜(PEM)是PEMFC的核心部件,起著傳導(dǎo)H+和隔絕燃料等作用,其性能的優(yōu)劣決定著PEMFC性能的高低。目前廣泛應(yīng)用的全氟磺酸質(zhì)子交換膜因性能和成本等原因大大限制了廣泛應(yīng)用及PEMFC的發(fā)展,因此高性能質(zhì)子交換膜的開(kāi)發(fā)已成為相關(guān)研究熱點(diǎn)。近年來(lái),利用納米材料的特性強(qiáng)化質(zhì)子傳遞過(guò)程,增強(qiáng)膜的機(jī)械性能構(gòu)建高性能質(zhì)子交換膜的方法引起了研究者廣泛的興趣。本論文以Nafion膜為基礎(chǔ),通過(guò)引入納米纖維構(gòu)建一維質(zhì)子傳遞長(zhǎng)通道的方式建立了高性能PEM的制備新方法。主要研究?jī)?nèi)容如下：采用本實(shí)驗(yàn)室自有的專利技術(shù)——溶液噴射紡絲技術(shù)紡制了SPES/PES納米纖維并通過(guò)溶液浸漬法,制備了納米纖維/Nafion (NF/Nafion)復(fù)合質(zhì)子交換膜。所制備SPES/PES納米纖維形態(tài)良好,平均直徑主要分布在300-450nm。復(fù)合膜具有良好的熱穩(wěn)定性、吸水率和電導(dǎo)率。納米纖維的存在大大提高了復(fù)合膜的質(zhì)子傳導(dǎo)性能,80℃下NF/Nafion-20復(fù)合膜電導(dǎo)率為0.145 S/cm。纖維含量增大復(fù)合膜吸水率也增大但復(fù)合膜尺寸穩(wěn)定性提高,這是由于納米纖維在復(fù)合膜中起到骨架作用,限制了膜的溶脹。納米纖維復(fù)合膜較Nafion 117具有更好的選擇性,NF/Nafion-20復(fù)合膜的選擇性最好,選擇性值為9.6×104Sscm-3�；赟iO2等無(wú)機(jī)材料具有優(yōu)異的保水性能及熱穩(wěn)定性等特點(diǎn),論文通過(guò)溶液噴射紡絲技術(shù)紡制備了SPES/SiO2雜化納米纖維,進(jìn)而制備了SPES/SiO2/Nafion復(fù)合膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性、吸水率和尺寸穩(wěn)定性均得以改善。SPES/SiO2/Nafion-15復(fù)合膜在80℃下,質(zhì)子電導(dǎo)率可以達(dá)到0.154 S/cm。SiO2的存在一定程度上提高了復(fù)合膜的阻醇性,所得復(fù)合膜的甲醇滲透率都低于Nafion膜和SPES/PES/Nafion復(fù)合膜,SPES/SiO2/Nafion-25復(fù)合膜甲醇透過(guò)系數(shù)達(dá)到6.3×10-cm2/s。蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)的質(zhì)子傳輸過(guò)程中扮演著重要角色,受此啟發(fā),利用靜電紡絲的方法制備了SiO2無(wú)機(jī)納米纖維,并通過(guò)羧基化及氨基酸固載處理將賴氨酸、甘氨酸、半胱氨酸、絲氨酸固載到SiO2納米纖維表面。以期通過(guò)在纖維表面引入氨基酸分子鏈的方式,增加復(fù)合膜內(nèi)部H+的傳輸位點(diǎn),提高復(fù)合膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率。研究結(jié)果表明氨基酸分子鏈長(zhǎng)短對(duì)復(fù)合膜吸水率、溶脹率、質(zhì)子傳導(dǎo)率無(wú)影響,但可以影響納米纖維直徑的大小。氨基酸分子鏈極性基團(tuán)的數(shù)目及極性大小對(duì)復(fù)合膜性能有較大影響,極性基團(tuán)越多及基團(tuán)極性越強(qiáng)則導(dǎo)致復(fù)合膜吸水能力和質(zhì)子傳到能力提高。吸水率由大到小為Nafion-Cys Nafion-SerNafion-LysNafion-GlyNafion。吸水率的大小影響了溶脹率所以溶脹率由大到小為NafionNafion-Cys Nafion-SerNafion-LysNafion-Glyo由于氨基酸中質(zhì)子傳輸位點(diǎn)的不同,電導(dǎo)率由大到小為Nafion-Cys Nafion-SerNafion-LysNafion-GlyNafion。
【關(guān)鍵詞】：質(zhì)子交換膜 納米纖維 溶液噴射紡絲 靜電紡絲 磺化聚醚砜 SiO_2 氨基酸
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.2;TM911.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 燃料電池概述12-14
• 1.1.1 燃料電池分類(lèi)及特點(diǎn)12-13
• 1.1.2 質(zhì)子交換膜燃料電池組成及工作原理13-14
• 1.2 質(zhì)子交換膜研究進(jìn)展14-21
• 1.2.1 全氟磺酸質(zhì)子交換膜15-16
• 1.2.2 非全氟質(zhì)子交換膜16-17
• 1.2.3 無(wú)氟質(zhì)子交換膜17-18
• 1.2.4 納米纖維復(fù)合質(zhì)子交換膜18-21
• 1.3 納米纖維制備方法研究進(jìn)展21-23
• 1.3.1 靜電紡絲技術(shù)21-22
• 1.3.2 高速離心紡絲技術(shù)22
• 1.3.3 溶液噴射紡絲技術(shù)22-23
• 1.4 本論文研究?jī)?nèi)容及意義23-26
• 第二章 SPES/PES納米纖維改性Nafion復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備與性能26-42
• 2.1 引言26
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分26-32
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器26-27
• 2.2.2 SPES的制備27-28
• 2.2.3 SPES/PES納米纖維的制備28
• 2.2.4 NF/Nafion納米纖維復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備28-29
• 2.2.5 性能表征29-32
• 2.3 測(cè)試結(jié)果與討論32-40
• 2.3.1 納米纖維及復(fù)合膜微觀形貌分析32-34
• 2.3.3 復(fù)合膜的XRD分析34-35
• 2.3.4 復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性分析35-36
• 2.3.5 復(fù)合膜的吸水性和溶脹率測(cè)試分析36-38
• 2.3.6 復(fù)合膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率性能分析38-39
• 2.3.7 復(fù)合膜的甲醇滲透性及選擇性分析39-40
• 2.4 本章小結(jié)40-42
• 第三章 SPES/SiO_2雜化納米纖維改性Nafion復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備與性能42-54
• 3.1 引言42
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分42-45
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器42-43
• 3.2.2 SPES的制備43
• 3.2.3 SiO_2溶膠的制備43
• 3.2.4 SPES/SiO_2納米纖維的制備43
• 3.2.5 SPES/SiO_2/Nafion復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備43-44
• 3.2.6 性能表征44-45
• 3.3 測(cè)試結(jié)果與討論45-52
• 3.3.1 纖維及復(fù)合膜的微觀形貌分析45-46
• 3.3.2 SPES/SiO_2/Nafion復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性分析46-47
• 3.3.3 SPES/SiO_2/Nafion復(fù)合膜的吸水性和溶脹率性能分析47-49
• 3.3.4 SPES/SiO_2/Nafion復(fù)合膜的質(zhì)子傳導(dǎo)性能49-50
• 3.3.5 SPES/SiO_2/Nafion復(fù)合膜的甲醇透過(guò)性及選擇性分析50-51
• 3.3.6 機(jī)械性能測(cè)試51-52
• 3.4 本章小結(jié)52-54
• 第四章 氨基酸固載SiO_2納米纖維改性Nafion復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備與性能54-66
• 4.1 引言54-55
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分55-59
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器55-56
• 4.2.3 SiO_2溶膠的制備56
• 4.2.4 SiO_2納米纖維的制備56
• 4.2.5 羧基改性SiO_2納米纖維的制備56-57
• 4.2.6 SiO_2納米纖維的氨基酸固載57-58
• 4.2.7 仿生復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備58
• 4.2.8 性能表征58-59
• 4.3 測(cè)試結(jié)果與討論59-65
• 4.3.1 纖維及復(fù)合膜的微觀形貌分析59-61
• 4.3.2 X射線光電子能譜(XPS)分析61-62
• 4.3.3 SPES/SiO_2/Nafion復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性分析62
• 4.3.4 復(fù)合膜的吸水性和溶脹率性能分析62-64
• 4.3.5 SPES/SiO_2/Nafion復(fù)合膜的質(zhì)子傳導(dǎo)性能64-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 第五章 結(jié)論與展望66-68
• 5.1 結(jié)論66-67
• 5.2 展望67-68
• 參考文獻(xiàn)68-76
• 碩士期間主要科研成果76-78
• 致謝78

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1 余軍;;Nafion/Silicon Oxide Composite Membrane for High Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cell[J];Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science Edition);2007年03期

2 Fan Luo;Shijun Liao;Dan Chen;;Platinum catalysts supported on Nafion functionalized carbon black for fuel cell application[J];Journal of Energy Chemistry;2013年01期

3 劉漢虎;Nafion-H超強(qiáng)酸聚合物催化劑[J];現(xiàn)代化工;1984年04期

4 徐通敏,沈華奎,徐曉紅,徐伯興;Nafion交換劑富集-石墨爐原子吸收法測(cè)定廢水中鉻[J];環(huán)境科學(xué);1990年05期

5 ;Photophysical Behaviors of Azobenzene in Solvent-Swollen Nafion Membranes[J];Chinese Chemical Letters;1996年10期

6 ;Investigation of the Interaction between Nafion and Several Trisbipyridyl Complexes by Spectroscopic Method[J];Chinese Chemical Letters;1997年04期

7 劉曉暉,姜革;Flemion865 MIRI與Nafion NX966膜使用情況[J];氯堿工業(yè);1997年05期

8 ;Preparation of p-1,1,3,3-Tetramethylbutylphenol by Using Nafion-H Catalyst[J];Chinese Chemical Letters;2002年04期

9 于景榮,衣寶廉,劉富強(qiáng),邢丹敏,張華民;再鑄Nafion膜的制備與應(yīng)用[J];膜科學(xué)與技術(shù);2002年04期

10 徐洪峰,邢怡銘,邵志剛,王昕;Nafion115膜的溶解及其再鑄膜性能測(cè)定[J];化學(xué)通報(bào);2003年01期

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1 于景榮;衣寶廉;邢丹敏;劉富強(qiáng);張華民;;再鑄Nafion膜的制備與電池性能評(píng)價(jià)[A];第四屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2001年

2 ;The study of electro-osmotic drag of water within Nafion membrane in PEM fuel cells[A];2008 International Hydrogen Forum Programme and Abstract[C];2008年

3 余軍;潘牧;袁潤(rùn)章;;質(zhì)子交換膜燃料電池用Nafion/SiO_2復(fù)合膜結(jié)構(gòu)性能研究[A];2004年中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2004年

4 楊金燕;胡智怡;方軍;沈培康;;磺化聚砜／Nafion復(fù)合膜的制備和表征[A];第十三次全國(guó)電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（上集）[C];2005年

5 朱紅;王明;趙婷;楊武斌;魏永生;;Nafion/SPPESK/Nafion多層復(fù)合膜的制備與表征[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第26屆學(xué)術(shù)年會(huì)新能源與能源化學(xué)分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2008年

6 金朝慶;謝凱;洪曉斌;;Li-Nafion的分子模擬——論證Li-Nafion在鋰離子電池中應(yīng)用的可能性[A];中國(guó)空間科學(xué)學(xué)會(huì)空間材料專業(yè)委員會(huì)2011學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2011年

7 王飛;康天放;魯理平;張雁;劉桐坤;;基于金微粒和Nafion膜修飾玻碳電極的對(duì)硫磷傳感器[A];第五屆全國(guó)環(huán)境化學(xué)大會(huì)摘要集[C];2009年

8 ;Characteristics of catalyst coated membrane with ePTFE-Nafion composite membrane for proton exchange membrane fuel cell[A];2008 International Hydrogen Forum Programme and Abstract[C];2008年

9 ;Electrochemical Behavior of Nafion~汶/Nano-TiO_2 Hybrid Membranes Under Different Conditions[A];2005年納米和表面科學(xué)與技術(shù)全國(guó)會(huì)議論文摘要集[C];2005年

10 李濤;程琥;楊勇;;直接甲醇燃料電池用Nafion復(fù)合膜的阻醇性能研究[A];第十三次全國(guó)電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（上集）[C];2005年

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1 魯飛;基于離子液體及其有序分子聚集體的質(zhì)子傳導(dǎo)膜微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控[D];山東大學(xué);2015年

2 王世銘;Nafion模板法單分散納米粒子的合成、結(jié)構(gòu)與性能研究[D];福州大學(xué);2006年

3 潘曹峰;硅和Nafion納米線的制備及其在納米能源中的應(yīng)用[D];清華大學(xué);2010年

4 王強(qiáng);固水界面的電化學(xué)性質(zhì)及其對(duì)PEMFC的意義[D];武漢大學(xué);2010年

5 王茹潔;自增濕超薄型及自組裝型PEM的低濕性能優(yōu)化[D];大連理工大學(xué);2015年

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7 趙世雄;利用電場(chǎng)輔助制備結(jié)構(gòu)取向的質(zhì)子導(dǎo)電聚合物膜材料[D];天津大學(xué);2013年

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1 田永梅;Nafion-有機(jī)復(fù)合膜制備與電化學(xué)性能研究[D];黑龍江大學(xué);2006年

2 彭進(jìn)才;PtCu/CeO_x/C/Nafion 電極制備及結(jié)構(gòu)性能研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

3 趙翠影;新型固相微萃取涂層的研制及在環(huán)境分析中的應(yīng)用[D];中國(guó)石油大學(xué)(華東);2014年

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5 郭敬軒;基于納米金復(fù)合材料的血紅蛋白傳感器用于丙烯酰胺的檢測(cè)研究[D];河南工業(yè)大學(xué);2016年

6 王航;納米纖維改性Nafion復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備與性能[D];天津工業(yè)大學(xué);2016年

7 麥俊林;聚合物和離子液體復(fù)合體系的計(jì)算機(jī)模擬[D];華南理工大學(xué);2016年

8 趙之婧;PtCu/CeO_x/C/Nafion膜電極制備及催化性能研究[D];昆明理工大學(xué);2016年

9 張飛;DMFC用亞微米H-X沸石摻雜Nafion的選擇性機(jī)理研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

10 崔傳敏;全釩液流儲(chǔ)能電池復(fù)合Nafion~(?)隔膜的制備與性能研究?[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

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