本文選題：燃料電池 + 質(zhì)子交換膜�。� 參考：《天津大學》2015年碩士論文

【摘要】：質(zhì)子傳導性能的強化是質(zhì)子交換膜研究的關鍵問題。將磷酸基團引入質(zhì)子交換膜是提高膜質(zhì)子傳導率的有效途徑,如何簡便有效地實現(xiàn)磷酸基團的固定是磷酸化質(zhì)子交換膜面臨的主要挑戰(zhàn)。本研究以無機納米材料為載體,通過共價鍵或包裹方式實現(xiàn)磷酸基團的固定,并與高分子膜基質(zhì)混合制備了磷酸化有機-無機雜化膜。利用磷酸基團優(yōu)異的導質(zhì)子性能及其與無機載體間的協(xié)同作用,實現(xiàn)質(zhì)子傳導性能的強化。以TiCl4為前驅(qū)體,氨基三亞甲基膦酸(ATMP)為磷酸化試劑,在磺化聚醚醚酮(SPEEK)中原位生成粒徑約為50 nm的二氧化鈦顆粒(TiO2),制備了SPEEK/原位磷酸化二氧化鈦雜化膜。ATMP通過穩(wěn)定的共價鍵與TiO2連接,均勻分散于SPEEK中。磷酸化TiO2的加入增加了膜內(nèi)質(zhì)子傳遞位點數(shù),提高了質(zhì)子傳遞通道的連續(xù)性,從而強化了膜的質(zhì)子傳導性能。填充量為6 wt.%的雜化膜在65 oC、飽和濕度下質(zhì)子傳導率達0.334 S cm-1,較純SPEEK膜高63.7%。利用多巴胺的自聚作用在片狀氧化石墨烯(GO)表面包裹一層聚多巴胺,得到多巴胺修飾的GO(DGO),利用邁克爾加成反應將阿侖膦酸負載到DGO表面,制得磷酸化氧化石墨烯(PGO),并填充到Nafion膜基質(zhì)中制備了Nafion/磷酸化氧化石墨烯雜化膜。PGO的加入提高了膜的吸水保水能力,密集分布于片狀GO上的磷酸基團在膜內(nèi)構(gòu)建出新型質(zhì)子傳遞通道,同時強化了飽和濕度和低濕度下的質(zhì)子傳導性能。填充量2 wt.%的雜化膜,110 oC、飽和濕度下質(zhì)子傳導率可達0.277 S cm-1,為純Nafion重鑄膜的2.2倍;80 oC、40 RH%時,質(zhì)子傳導率達0.0441 S cm-1,為純Nafion重鑄膜的7.6倍。采用水熱法合成了具有規(guī)則三維孔道結(jié)構(gòu)的MIL-101(Cr),并利用“瓶中船”法以磷酸氫二鈉和鎢酸鈉為單體在其孔道內(nèi)原位合成磷鎢酸,將其填充到SPEEK中制備了SPEEK/MIL101負載磷鎢酸雜化膜。由于磷鎢酸粒徑大于MIL-101(Cr)窗口尺寸,因此可有效防止磷鎢酸的流失。MIL-101(Cr)表面的氫鍵網(wǎng)絡和孔道內(nèi)的磷鎢酸在兩相界面處與顆粒內(nèi)部構(gòu)建出新型傳遞通道,提高了膜內(nèi)質(zhì)子傳遞通道的連續(xù)性,強化了膜的低濕度質(zhì)子傳導性能。填充量9 wt.%的雜化膜在60 oC、40 RH%條件下質(zhì)子傳導率達0.00651 S cm-1,為純SPEEK膜的7.2倍。
[Abstract]:The enhancement of proton conductivity is a key issue in the study of proton exchange membranes. The introduction of phosphoric acid groups into proton exchange membranes is an effective way to improve the proton conductivity of the membranes. It is a major challenge for phosphorylated proton exchange membranes to fix the phosphoric acid groups simply and effectively. In this study, phosphorylated organic-inorganic hybrid membranes were prepared by covalent bonding or encapsulation of inorganic nanomaterials, and phosphorylated organic-inorganic hybrid membranes were prepared by mixing with polymer membrane matrix. The proton conductivity was enhanced by using the excellent proton conductivity of phosphoric acid group and its synergistic effect with inorganic carrier. TiCl4 was used as precursor and amino trimethylphosphonic acid (TiCl4) as phosphorylation reagent. SPEEK/ in-situ phosphorylated TIO _ 2 hybrid film was prepared by in situ formation of TIO _ 2 particles with a diameter of about 50 nm in sulfonated polyether ether ketone (SPEEK). The SPEEK/ in-situ phosphorylated TIO _ 2 hybrid film was connected with TiO2 through stable covalent bonds and was uniformly dispersed in SPEEK. The addition of phosphorylated TiO2 increases the number of proton transfer sites in the membrane and improves the continuity of the proton transfer channel, thus enhancing the proton conductivity of the membrane. The hybrid membrane filled with 6 wt.% at 65oC has a proton conductivity of 0.334 Scm-1 at saturation humidity, which is 63.7% higher than that of pure SPEEK membrane. Dopamine was coated on the surface of flake graphene oxide by self-polymerization of dopamine to obtain dopamine modified GOD. Alendronic acid was loaded onto the surface of DGO by Michael addition reaction. The phosphorylated graphene oxide (PGO) was prepared, and the Nafion/ phosphorylated graphene oxide hybrid film. PGO was filled in the Nafion membrane matrix to improve the water absorption and water retention of the membrane. A novel proton transfer channel was constructed by concentrated phosphoric acid groups distributed on flake go, which enhanced the proton conductivity at saturation humidity and low humidity. The proton conductivity of the hybrid membrane with 2 wt.% filling can reach 0.277 Scm-1 in saturated humidity. The proton conductivity of pure Nafion recast membrane is 0.0441 Scm-1 and 7.6 times that of pure Nafion recast membrane at 2.2-fold 80oCm-40 RH%. MIL-101CrN with regular three-dimensional pore structure was synthesized by hydrothermal method, and phosphotungstic acid was synthesized in situ by "in-bottle ship" method in its pore channel with disodium hydrogen phosphate and sodium tungstate as monomers. SPEEK/MIL101 supported phosphotungstic acid hybrid films were prepared by filling them into SPEEK. Because the particle size of phosphotungstic acid is larger than the size of MIL-101Cr-window, it can effectively prevent the loss of phosphotungstic acid. MIL-101Cr) surface hydrogen bond network and phosphotungstic acid in the pore to construct a new transfer channel between the two phase interface and the particle interior. The continuity of the proton transfer channel in the membrane is improved and the proton conductivity of the membrane is enhanced. The proton conductivity of the hybrid membrane filled with 9 wt.% was 0.00651 Scm-1 at 60oC ~ (40) RH%, which was 7.2 times of that of pure SPEEK membrane.
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ051.893

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本文編號：1809902