本文關(guān)鍵詞：基于烏爾曼碳氮偶聯(lián)反應(yīng)的側(cè)鏈型聚芳醚酮類質(zhì)子交換膜的制備及性能研究

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【摘要】：在化石能源日益緊張的今天,尋找可代替化石能源的清潔能源已經(jīng)成為迫在眉睫的事情。質(zhì)子交換膜燃料電池,以其能量轉(zhuǎn)化率高,低溫啟動(dòng)速度快,排放物無害等眾多優(yōu)點(diǎn),成為了可代替化石能源的清潔能源中最有潛力的競爭者之一。質(zhì)子交換膜燃料電池中最為核心的部件就是質(zhì)子交換膜。以Nafion為代表的全氟磺酸型質(zhì)子膜是現(xiàn)在商品化程度最高的質(zhì)子膜,其化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,機(jī)械性能好同時(shí)擁有較高的質(zhì)子傳導(dǎo)率。但是因?yàn)檫@類膜材料在高溫低濕條件下質(zhì)子傳導(dǎo)率較低,甲醇滲透率高同時(shí)成本較貴,限制了其應(yīng)用范圍,也同時(shí)限制了整個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池這個(gè)電池種類的發(fā)展。所以,如何研究出一種低成本高性能的質(zhì)子膜成為眾多科研工作者的工作重心�；腔鄯济杨惥酆衔镆云浞�(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)、優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性和出色的機(jī)械性能,在質(zhì)子交換膜的制備方面有很大的優(yōu)勢。為了獲得更高的質(zhì)子傳導(dǎo)率,必須提升磺化聚合物的離子交換容量,可是這樣勢必也提高了材料的溶脹率,為了獲得性能平衡的質(zhì)子膜材料,本文通過分子設(shè)計(jì),烏爾曼反應(yīng)接枝等方法,制備了一系列含有側(cè)鏈結(jié)構(gòu)的質(zhì)子交換膜,并對其性能進(jìn)行了較為詳細(xì)的測試。本文基于烏爾曼碳氮偶聯(lián)反應(yīng)制備了一系列磺化聚芳醚酮的質(zhì)子交換膜。為了達(dá)到這一目的,制備了4-碘苯基氫醌,并以其為單體制備了可發(fā)生烏爾曼偶聯(lián)反應(yīng)的含碘的聚芳醚酮聚合物。同時(shí)制備了3,6-二苯基-9H-咔唑與3,6-二三苯基甲烷-9H-咔唑兩種接枝單體,并通過烏爾曼碳氮偶聯(lián)反應(yīng)對聚合物成功進(jìn)行接枝。然后對該接枝聚合物用氯磺酸進(jìn)行磺化,通過澆筑的方式得到一系列膜。并對些膜材料進(jìn)行了吸水溶脹、熱穩(wěn)定性、質(zhì)子傳導(dǎo)率、機(jī)械性能、氧化穩(wěn)定性和微觀形態(tài)學(xué)的研究,探求了其作為質(zhì)子交換膜材料的可能性。
【關(guān)鍵詞】：烏爾曼碳氮偶聯(lián) 聚芳醚酮 質(zhì)子交換膜 微觀相分離
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ051.893
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-35
• 1.1 中國當(dāng)代社會(huì)生活中的能源問題12
• 1.2 燃料電池在我國的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀12-14
• 1.3 燃料電池簡介14-20
• 1.3.1 燃料的電池的工作原理14-16
• 1.3.2 燃料電池的優(yōu)勢16
• 1.3.3 燃料電池的劣勢16-17
• 1.3.4 燃料電池的種類17-18
• 1.3.5 燃料電池的應(yīng)用18-20
• 1.4 質(zhì)子交換膜燃料電池20-21
• 1.4.1 質(zhì)子交換膜燃料電池簡介20
• 1.4.2 質(zhì)子交換膜燃料電池的電極反應(yīng)20-21
• 1.5 質(zhì)子交換膜21-33
• 1.5.1 質(zhì)子交換膜的簡介21-22
• 1.5.2 不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的質(zhì)子交換膜的簡介22-33
• 1.5.2.1 全氟磺酸膜22-23
• 1.5.2.2 磺化聚芳香類膜23-32
• 1.5.2.3 復(fù)合材料型質(zhì)子交換膜32-33
• 1.6 本論文的設(shè)計(jì)思想33-35
• 第二章 含碘聚芳醚酮聚合物的制備和表征35-45
• 2.1 引言35-36
• 2.2 實(shí)驗(yàn)藥品及試劑36
• 2.3 實(shí)驗(yàn)儀器及表征方法36-38
• 2.3.1 紅外吸收光譜(FT-IR)36-37
• 2.3.2 粘度37
• 2.3.3 凝膠滲透色譜37
• 2.3.4 核磁共振37-38
• 2.3.5 熱性能38
• 2.4 單體的合成和表征38-40
• 2.4.1 單體的合成38-39
• 2.4.2 4-碘苯基氫醌的表征39-40
• 2.5 含碘聚合物的合成和表征40-44
• 2.5.1 含碘聚合物的合成40-41
• 2.5.2 含碘聚合物的表征與討論41-42
• 2.5.2.1 含碘聚合物的紅外可見光譜41-42
• 2.5.2.2 含碘聚合物的核磁42
• 2.5.3 含碘聚合物的性質(zhì)42-44
• 2.5.3.1 含碘聚合物的溶解性42-43
• 2.5.3.2 含碘聚合物的粘度43
• 2.5.3.3 含碘聚合物的熱性能43-44
• 2.6 本章小結(jié)44-45
• 第三章 含有3,6-二苯基-9H-咔唑結(jié)構(gòu)的磺化聚合物的制備和性質(zhì)研究45-62
• 3.1 引言45-46
• 3.2 實(shí)驗(yàn)所用的藥品和試劑46
• 3.3 實(shí)驗(yàn)儀器及測試方法46-50
• 3.3.1 離子交換容量46-47
• 3.3.2 吸水率和溶脹率47-48
• 3.3.3 水合數(shù)(體積吸水率)48
• 3.3.4 耐氧化穩(wěn)定性48-49
• 3.3.5 機(jī)械性能49
• 3.3.6 質(zhì)子傳導(dǎo)率49-50
• 3.4 3,6-二苯基-9H-咔唑單體的合成和表征50-52
• 3.4.1 3,6-二苯基-9H-咔唑單體的合成50-51
• 3.4.2 3,6-二苯基-9H-咔唑單體的表征51-52
• 3.5 含有3,6-二苯基-9H-咔唑結(jié)構(gòu)的聚合物(PAEK-DPCz-x)及其后磺化聚合物(SPAEK-DPCz-x)的合成和表征52-61
• 3.5.1 聚合物PAEK-DPCz-x的合成52-53
• 3.5.2 聚合物的磺化53-54
• 3.5.3 磺化聚合物膜的制備和質(zhì)子化54
• 3.5.4 磺化前聚合物與磺化后聚合物的結(jié)構(gòu)表征與討論54-57
• 3.5.5 磺化聚合物膜SPAEK-DPCz-x的性能測試57-61
• 3.5.5.1 SPAEK-DPCz-x的熱穩(wěn)定性57
• 3.5.5.2 SPAEK-DPCz-x膜材料的吸水率和溶脹率57-60
• 3.5.5.3 SPAEK-DPCz-x的質(zhì)子傳導(dǎo)率60
• 3.5.5.4 SPAEK-DPCz-x膜的機(jī)械性能60-61
• 3.5.5.5 SPAEK-DPCz-x膜的耐氧化穩(wěn)定性61
• 3.6 本章小結(jié)61-62
• 第四章 含有3,6-二三苯基甲烷-9H-咔唑結(jié)構(gòu)的磺化聚合物的制備和性質(zhì)研究62-81
• 4.0 引言62-63
• 4.1 實(shí)驗(yàn)所用的藥品和試劑63
• 4.2 測試方法63-65
• 4.2.1 體積離子交換容量63-64
• 4.2.2 有效遷移系數(shù)64
• 4.2.3 小角X射線散射64-65
• 4.3 3,6-二三苯基甲烷-9H-咔唑單體的合成和表征65-66
• 4.3.1 3,6-二三苯基甲烷-9H咔唑單體的合成65
• 4.3.2 3,6-二三苯基甲烷-9H-咔唑單體的表征65-66
• 4.4 含有3,6-二三苯基甲烷-9H-咔唑結(jié)構(gòu)的聚合物及其后磺化聚合物的合成和表征66-80
• 4.4.1 含有3,6-二三苯基甲烷-9H-咔唑結(jié)構(gòu)的聚合物的合成及表征66-70
• 4.4.1.1 含有3,6-二三苯基甲烷-9H-咔唑結(jié)構(gòu)的聚合物(PAEK-Cz-x)的合成66-67
• 4.4.1.2 PAEK-Cz-x的表征67-70
• 4.4.2 聚合物的磺化70
• 4.4.3 磺化聚合物膜的制備和質(zhì)子化70-71
• 4.4.4 磺化聚合物的結(jié)構(gòu)表征與討論71-73
• 4.4.5 磺化聚合物膜的性能測試73-80
• 4.4.5.1 磺化聚合物膜的熱穩(wěn)定性73
• 4.4.5.2 磺化聚合物的吸水率和溶脹率73-76
• 4.4.5.3 磺化聚合物的離子交換容量76
• 4.4.5.4 磺化聚合物的質(zhì)子傳導(dǎo)率76-78
• 4.4.5.5 膜的機(jī)械性能78-79
• 4.4.5.6 膜的耐氧化穩(wěn)定性79
• 4.4.5.7 膜的微觀形態(tài)79-80
• 4.5 本章小結(jié)80-81
• 第五章 結(jié)論81-82
• 參考文獻(xiàn)82-88
• 作者簡介88-89
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文89-90
• 致謝90-91

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1 肖帶麗;;無氟質(zhì)子交換膜的研究和進(jìn)展[J];廣東化工;2010年07期

2 李瓊;李薇;張海寧;潘牧;;聚合物質(zhì)子溶劑在質(zhì)子交換膜中的應(yīng)用[J];電源技術(shù);2011年04期

3 張?jiān)鲇?;氟離子交換膜[J];杭州化工;1991年04期

4 孫紅;欒麗華;吳鐵軍;唐玉蘭;王遜;;質(zhì)子交換膜中的傳質(zhì)分析[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2012年02期

5 艾明歡;李海濱;;超薄CsH_2PO_4/SiO_2復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備[J];材料導(dǎo)報(bào);2012年04期

6 楊萌;相艷;王慕冰;康思聰;徐惠彬;;化學(xué)與生物改性合成質(zhì)子交換膜[J];化學(xué)進(jìn)展;2009年01期

7 吳魁;解東來;;高溫質(zhì)子交換膜研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2012年10期

8 石倩茹;陶慷;章勤;薛立新;張堯劍;;離子液體在質(zhì)子交換膜中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J];膜科學(xué)與技術(shù);2013年03期

9 羅居杰;宋艷慧;崔培培;謝小玲;;接枝磺酸基質(zhì)子交換膜的制備及性能研究[J];化工新型材料;2014年03期

10 王盎然;包永忠;翁志學(xué);黃志明;;丙烯腈-對苯乙烯磺酸共聚物質(zhì)子交換膜的合成與性能[J];高校化學(xué)工程學(xué)報(bào);2010年05期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張燕梅;方軍;伍永彬;;用于堿性直接甲醇燃料電池的新型含氟陰離子交換膜的制備及表征[A];中國化學(xué)會(huì)第十一屆全國氟化學(xué)會(huì)議論文摘要集[C];2010年

2 徐維林;陸天虹;邢巍;;低甲醇透過質(zhì)子交換膜的研究[A];第十二屆中國固態(tài)離子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

3 劉盛洲;張興鵬;印杰;;嵌段長度對磺酸基嵌段共聚物質(zhì)子交換膜性能的影響研究[A];2006年全國高分子材料科學(xué)與工程研討會(huì)論文集[C];2006年

4 石守穩(wěn);陳旭;;浸泡質(zhì)子交換膜力學(xué)性能及其微觀變形機(jī)理的研究[A];中國力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

5 馮慶霞;張冬芳;嚴(yán)六明;;納米復(fù)合H_3PO_4-BPO_4-ABPBI高溫質(zhì)子交換膜的制備與表征[A];中國化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第10分會(huì)場摘要集[C];2010年

6 李林繁;于洋;鄧波;虞鳴;謝雷東;李景燁;陸曉峰;;輻射接枝法制備質(zhì)子交換膜的研究[A];中國核科學(xué)技術(shù)進(jìn)展報(bào)告——中國核學(xué)會(huì)2009年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（第一卷·第8冊）[C];2009年

7 王博;王新東;王文紅;張紅飛;陳玲;;燃料電池質(zhì)子交換膜電導(dǎo)率的測試方法研究[A];冶金研究中心2005年“冶金工程科學(xué)論壇”論文集[C];2005年

8 薛松;尹鴿平;;磺化聚醚醚酮／磷鎢酸復(fù)合質(zhì)子交換膜[A];第十三次全國電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（上集）[C];2005年

9 朱靖;邵柯;那輝;;基于靜電紡絲技術(shù)的納米纖維質(zhì)子交換膜材料[A];2009年全國高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集（上冊）[C];2009年

10 紀(jì)曉波;嚴(yán)六明;陸文聰;馬和平;;酸堿質(zhì)子交換膜中質(zhì)子動(dòng)力學(xué)行為及協(xié)同效應(yīng)[A];中國化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第14分會(huì)場摘要集[C];2010年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 本報(bào)記者 李香才;質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)取得進(jìn)展[N];中國證券報(bào);2013年

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1 袁森;燃料電池用新型聚酰亞胺及聚硫醚砜基質(zhì)子交換膜的研究[D];上海交通大學(xué);2014年

2 劉鑫;燃料電池用磺酸化聚醚醚酮質(zhì)子交換膜的制備與改性研究[D];北京化工大學(xué);2015年

3 付鳳艷;聚磷腈類質(zhì)子交換膜的制備與表征[D];北京理工大學(xué);2015年

4 喬宗文;側(cè)鏈型磺化聚砜質(zhì)子交換膜的制備、微相分離結(jié)構(gòu)與性能的研究[D];中北大學(xué);2016年

5 吳斌;質(zhì)子交換膜微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控研究[D];天津大學(xué);2015年

6 王曉恩;復(fù)合質(zhì)子交換膜機(jī)械增強(qiáng)與溫濕度響應(yīng)特性[D];武漢理工大學(xué);2011年

7 鐘雙玲;直接甲醇燃料電池用新型質(zhì)子交換膜的制備與性能研究[D];吉林大學(xué);2008年

8 曾松軍;新型聚倍半硅氧烷基酸—堿無水質(zhì)子交換膜的制備與性能研究[D];湖南大學(xué);2011年

9 紀(jì)曉波;質(zhì)子交換膜中甲醇遷移及其機(jī)理的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究[D];上海大學(xué);2009年

10 張海秋;復(fù)合型質(zhì)子交換膜的結(jié)構(gòu)與性能研究[D];吉林大學(xué);2009年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳駿;金屬雙極板質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)阻研究[D];武漢理工大學(xué);2014年

2 韓澍;含羧基磺化聚芳醚酮砜類質(zhì)子交換膜材料的制備與性能研究[D];長春工業(yè)大學(xué);2015年

3 梁宇;交聯(lián)型直接甲醇燃料電池質(zhì)子交換膜的制備及性能研究[D];蘭州大學(xué);2015年

4 薛童;磺化嵌段聚醚砜質(zhì)子交換膜的制備與改性[D];南京理工大學(xué);2015年

5 袁祖鳳;磺化聚芳酸砜類側(cè)鏈型質(zhì)子交換膜的制備及改性[D];南京理工大學(xué);2015年

6 胡玉濤;咪唑摀化聚砜共混氫氧根交換膜的制備與性能[D];大連理工大學(xué);2015年

7 修鳳羽;半超支化半交聯(lián)磺化聚酰亞胺復(fù)合質(zhì)子交換膜制備及性能研究[D];大連理工大學(xué);2015年

8 孫成剛;直接甲醇燃料電池用高性能含硅無皂乳液的制備及性能研究[D];吉林農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

9 李亞婷;帶有穩(wěn)定側(cè)鏈的接枝型質(zhì)子交換膜制備及性能研究[D];大連理工大學(xué);2015年

10 李憧;質(zhì)子交換膜燃料電池的自抗擾控制研究[D];北京化工大學(xué);2015年

，

本文編號：980406