本文關鍵詞：多孔有機聚合物的合成、功能修飾與寬溫域質子導電性研究

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【摘要】：質子交換膜燃料電池高能量密度和超低排放的優(yōu)勢使其成為傳統(tǒng)燃料最為理想的替代者,目前存在的Nafion質子交換膜的質子導電率可達10-1 S cm-1-10.2 S cm-1,但其工作條件卻限制于60 ℃-80℃和98%的相對濕度的范圍。迄今為止的多數研究都旨在于提高質子交換膜的溫度范圍,而忽略了在提高其可運行溫度來解決CO中毒的問題的同時保證其在低溫下可穩(wěn)定運行,以減少開始工作時的能耗以及在低溫條件下的正常工作。本課題組曾進行了關于負載咪唑的多孔聚酰亞胺聚合物質子導電的研究,得到了在較寬溫域下(-40℃-90℃)質子可穩(wěn)定傳輸的交換膜,但是還是存在著可操作溫度不夠高,而無法克服CO中毒的不足。因此本文采用具有高穩(wěn)定性的多孔有機聚合物框架和負載具有較高沸點的客體分子來得到寬溫域的質子交換膜。通過選用正四面體型的四苯基甲烷為前體,向主體有機框架中引入不同的芳香基官能團,合成出正四面體型構型的聚-四(4-(9H-咔唑基))苯基甲烷和聚-四(4-苯基)苯基甲烷(POP-1和POP-2)。再在多孔有機聚合物的孔結構中引入咪唑或1,2,3-三氮唑客體分子,得到具有無水質子導電性的功能化多孔有機聚合物(Im@POP-1、Im@POP-2和Tr@POP-1).其中,Im@POP-1和Im@POP-2表現(xiàn)出高溫的無水質子導電性(30℃-200℃),在200℃的無水質子導電率分別為1.92×10-4 S cm-1和7.78×10-4 S cm-。Im@POP-1和Im@POP-2的Ea值分別為0.19 eV/0.56 eV和0.34 eV/0.63 eV,其質子傳導機理均分別屬于Grotthuss機理和Vehicle機理。而Tr@POP-1則表現(xiàn)為少見的低溫的無水質子導電性(-30℃-110℃),在-30℃的無水質子導電率為2.70×10-7S cm-1,而在110℃時的無水質子導電率為4.88×10-5S cm-1。其Ea值為0.14 eV/0.38 eV,質子傳導機理屬于Grotthuss機理,其中0.14 eV的Ea值在多孔材料中是最小的�？傊�,本論文通過改變主體多孔有機聚合物框架和客體有機分子得到了寬溫域的無水質子交換膜,擴展了多孔有機聚合物的質子傳導溫度,拓寬了質子交換膜燃料電池的實際應用前景。
【關鍵詞】：多孔有機聚合物 寬溫域 無水質子導電性 功能修飾
【學位授予單位】：福建師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM911.4;O631
【目錄】：

• 中文摘要2-3
• Abstract3-5
• 中文文摘5-11
• 緒論11-31
• 0.1 質子交換膜的概述11-12
• 0.2 質子傳導機理12-13
• 0.3 質子交換膜的種類13-28
• 0.3.1 線型聚合物13-15
• 0.3.2 氧化石墨烯15-16
• 0.3.3 金屬有機框架/多孔配位聚合物16-24
• 0.3.3.1 向骨架上引入功能性基團16-17
• 0.3.3.2 將客體分子引入到空腔內17-24
• 0.3.4 共價有機框架24-27
• 0.3.5 多孔有機-聚合物27-28
• 0.4 本課題的選題依據和目的28-31
• 第一章 Im@POP-1的合成、結構表征和質子傳導研究31-49
• 1.1 引言31
• 1.2 儀器與試劑31-33
• 1.2.1 實驗儀器31-32
• 1.2.2 實驗試劑32-33
• 1.3 合成33-36
• 1.3.1 四-(4-(9H-咔唑基)苯基)甲烷的合成33-35
• 1.3.2 POP-1的合成35
• 1.3.3 Im@POP-1的合成35-36
• 1.4 結果與討論36-48
• 1.4.1 氣體吸附36-37
• 1.4.2 熱重分析37-38
• 1.4.3 紅外光譜分析38-39
• 1.4.4 粉末衍射分析39-40
• 1.4.5 相變分析40-41
• 1.4.6 紫外-可見分析41-42
• 1.4.7 形貌分析42
• 1.4.8 質子導電性42-48
• 1.4.8.1 質子導電率43-47
• 1.4.8.2 活化能47-48
• 1.5 本章小結48-49
• 第二章 Tr@POP-1的合成、結構表征和質子傳導研究49-61
• 2.1 引言49
• 2.2 實驗儀器與試劑49-50
• 2.2.1 實驗儀器49-50
• 2.2.2 實驗試劑50
• 2.3 Tr@POP-1合成50-51
• 2.4 結果與討論51-60
• 2.4.1 氣體吸附51
• 2.4.2 熱重分析51-52
• 2.4.3 紅外光譜分析52-53
• 2.4.4 相變分析53-54
• 2.4.5 紫外-可見分析54
• 2.4.6 形貌分析54-55
• 2.4.7 質子導電性55-60
• 2.4.7.1 質子導電率55-59
• 2.4.7.2 活化能59-60
• 2.5 本章小結60-61
• 第三章 Im@POP-2的合成、結構表征和質子傳導研究61-77
• 3.1 引言61
• 3.2 實驗儀器與試劑61-63
• 3.2.1 實驗儀器61-62
• 3.2.2 實驗試劑62-63
• 3.3 合成63-64
• 3.3.1 POP-2的合成63-64
• 3.3.2 Im@POP-2的合成64
• 3.4 結果與討論64-75
• 3.4.1 氣體吸附64-65
• 3.4.2 熱重分析65-66
• 3.4.3 紅外光譜分析66-67
• 3.4.4 粉末衍射分析67-68
• 3.4.5 相變分析68-69
• 3.4.6 紫外-可見分析69-70
• 3.4.7 形貌分析70
• 3.4.8 質子導電性70-75
• 3.4.8.1 質子導電率71-74
• 3.4.8.2 活化能74-75
• 3.5 本章小結75-77
• 結論77-79
• 附錄179-81
• 附錄281-85
• 參考文獻85-95
• 攻讀學位期間參與的科研任務與主要成果95-97
• 致謝97-99
• 個人簡歷99-100
• 附件100-102

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