本文選題：雜多酸 + 雜化材料�。� 參考：《浙江大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：固體高質(zhì)子導(dǎo)體是許多技術(shù)創(chuàng)新的核心,包括氫傳感器、氫滲透膜、水電解槽膜,最重要的是在低溫質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)或中溫質(zhì)子導(dǎo)電陶瓷燃料電池(PCFC)中,進(jìn)行高效率的電化學(xué)能量轉(zhuǎn)化。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,使用和開發(fā)可再生能源成為當(dāng)前國際能源研究的重要課題。因此,新型固體高質(zhì)子導(dǎo)體材料的探索和質(zhì)子導(dǎo)電機(jī)理研究是極受關(guān)注的研究熱點之一。雜多酸是一類含有氧橋的多核配合物,其組成簡單、結(jié)構(gòu)確定,兼具配合物和金屬氧化物的結(jié)構(gòu)特征,由于其假液相和固態(tài)優(yōu)良的質(zhì)子傳導(dǎo)性能而成為固體電解質(zhì)研究的一個重要研究方向。本論文圍繞Keggin結(jié)構(gòu)釩取代雜多化合物及其復(fù)合材料進(jìn)行了一系列新材料的制備、表征與導(dǎo)電性能研究工作,旨在探索雜多酸組成與其導(dǎo)電性能之間的關(guān)系,為質(zhì)子導(dǎo)體的選擇提供更多的物種。首先,采用分步酸化-分步加料-乙醚萃取法和離子交換-冷凍法合成了三種Keggin結(jié)構(gòu)三元取代型雜多酸H5SiW11VO40·15H2O、H7SiW9V3O40·9H2O和 H6AlW11VO40·8H2O,并獲得了H5SiW11VO40·15H2O的單晶結(jié)構(gòu)。通過元素分析、電位滴定、紅外光譜(IR)、紫外光譜(UV)、X-射線粉末衍射(XRD)和熱重-差熱分析(TG-DTA)對合成產(chǎn)物進(jìn)行了表征。在此基礎(chǔ)上利用電化學(xué)阻抗譜(EIS)研究了它們的導(dǎo)電性能。結(jié)果表明,它們均是固體高質(zhì)子導(dǎo)體,電導(dǎo)率達(dá)到10-3 S.cm-1,其導(dǎo)電機(jī)理均是Vehicle機(jī)理；其次,以三元取代型雜多酸H4PW11VO40·8H20(PW11V)、H5SiW11VO40·15H2O (SiW11V)分別與磺化聚醚醚酮(SPEEK)和聚乙烯醇(PVA)復(fù)合,制備出四種質(zhì)子導(dǎo)電雜化膜SPEEK/PW11V、SPEEK/SiW11V、PVA/PW11V 和 PVA/SiW11V (30wt% PVA或SPEEK; 70wt% PW11V或SiW11V)。通過IR、XRD和掃描電鏡(SEM)對制備出的質(zhì)子導(dǎo)電雜化復(fù)合膜進(jìn)行了表征,利用電化學(xué)阻抗譜測定其電導(dǎo)率并闡明其導(dǎo)電機(jī)理及本質(zhì)；第三,以H5SiW11VO40·15H2O (SiW11V)與不含共軛雙鍵的含氧有機(jī)高分子聚乙二醇(PEG)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和正硅酸乙酯(TEOS)為原料,制備出四種性能互補(bǔ)的無機(jī)-有機(jī)雜化材料：PEG/SiW11V和PVP/SiW11V (20 wt%PEG或PVP,80 wt% SiW11V); PEG/SiO2/SiW11V和PVP/SiO2/SiW11V(12 wt% PEG或PVP,8 wt% SiO2和80 wt% SiW11V)。通過IR和XRD對這些無機(jī)-有機(jī)雜化材料進(jìn)行了表征,利用EIS測定了其電導(dǎo)率并闡明了其導(dǎo)電機(jī)理及本質(zhì)；第四,將鍺系多元雜多酸(H5GeW11VO40·22H2O、H5GeW10MoVO40·21H2O、 H5GeMo11VO40·24H2O)和鎢釩硅三元雜多酸H5SiW11VO40·15H2O分別與1-(3-磺酸基)丙基-3-甲基咪唑離子液體(MIMPS)和季銨類離子液體((C4H9)3N(C10H21)Br、(C4H9)3N(C14H29)Br、(C8H17)3NCH3Cl(縮寫為OAMeCl)化合得到六種新型多金屬含氧酸鹽離子液體：[MIMPS]5GeW11V040、[MIMPS]5GeW10MoVO40、[MIMPS]5GeMo11VO40、[(C4H9)3N(C10H21)]5SiW11VO40、 [(C4H9)3N(C14H29)]5SiW11VO40和[TOAMe]5SiW11VO40。通過IR、UV、XRD和 TG-DTA對以上所合成產(chǎn)物進(jìn)行了表征,測定了其電導(dǎo)率和導(dǎo)電活化能并闡明了其導(dǎo)電機(jī)理及本質(zhì)。這項研究為發(fā)展基于雜多酸的具有高質(zhì)子電導(dǎo)率和穩(wěn)定性的新型電解質(zhì)材料提供了理論和實驗數(shù)據(jù)支持。
[Abstract]:This paper deals with the preparation , characterization and electrical conductivity of a new kind of solid high - proton conductor material , which is one of the most important research topics in the research of solid electrolyte .
Four kinds of proton conductive hybrid membranes SPEEK / PW11V , SPEEK / SiW11V , PVA / PW11V and PVA / SiW11V ( 30 wt % PVA or SPEEK ; 70 wt % PW11V or SiW11V ) were prepared by compounding with sulfonated polyether ether ketone ( SPEEK ) and polyvinyl alcohol ( PVA ) . The prepared proton conductive hybrid composite membrane was characterized by IR , XRD and scanning electron microscopy ( SEM ) . The electrical conductivity was measured by electrochemical impedance spectroscopy .
Thirdly , four kinds of inorganic - organic hybrid materials : PEG / SiW11V and PVP / SiW11V ( 20 wt % PEG or PVP , 80 wt % SiW11V ) , PEG / SiO2 / SiW11V and PVP / SiO2 / SiW11V ( 12 wt % PEG or PVP , 8 wt % SiO2 and 80 wt % SiW11V ) were prepared by taking H5SiW11VO40 路 15H2O ( SiW11V ) as raw material . These inorganic - organic hybrid materials were characterized by IR and XRD , their electrical conductivity was determined by EIS and their mechanism and nature were elucidated .
A novel polyoxometalate ionic liquid ( MIMPS ) 3N ( C10H21 ) Br , ( C4H9 ) 3N ( C14H29 ) Br , ( C8H17 ) 3NCH3Cl ( abbreviated as OAMeCl ) was synthesized .
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O646;TM911.4

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本文編號：2100184