陰離子交換膜是堿性陰離子交換膜燃料電池的重要組成部分,發(fā)揮隔絕燃料和氧化劑、傳導(dǎo)氫氧根離子等關(guān)鍵作用。理想的陰離子交換膜需要具有優(yōu)異的堿穩(wěn)定性、較高的離子電導(dǎo)率、適宜的吸水率、良好的尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性等。其中,優(yōu)異的堿穩(wěn)定性是保證燃料電池長期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。目前,陰離子交換膜的使用仍面臨堿穩(wěn)定性差的問題,制約了其在燃料電池中的應(yīng)用。陰離子交換膜的堿穩(wěn)定性主要取決于兩方面因素:離子基團(tuán)的穩(wěn)定性和聚合物骨架的穩(wěn)定性。本文從改善陰離子交換膜堿穩(wěn)定性的角度出發(fā),通過對有機(jī)陽離子基團(tuán)進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),系統(tǒng)研究了離子基團(tuán)結(jié)構(gòu)與堿穩(wěn)定性的關(guān)系,通過聚合物修飾及功能單體聚合等方法制備了多種基于耐堿型離子基團(tuán)的陰離子交換膜材料,主要研究內(nèi)容和研究成果如下:1.設(shè)計(jì)并制備了 13種N1/N2/N3位分別具有不同取代基的胍鹽模型化合物(la-1d,2a-2e 及 3a-d)。通過1H NMR 光譜及質(zhì)譜,研究了在 60℃ 1 mol L-1堿溶液中胍鹽模型化合物的降解過程,得到了模型化合物穩(wěn)定性的相對順序。研究發(fā)現(xiàn),環(huán)丁基的環(huán)結(jié)構(gòu)減弱了取代基的運(yùn)動自由度,降低了空間上的位阻效應(yīng),不利于胍鹽抵抗氫氧根的進(jìn)攻...

【文章頁數(shù)】：169 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 質(zhì)子交換膜燃料電池及質(zhì)子交換膜
    1.3 堿性陰離子交換膜燃料電池及陰離子交換膜
    1.4 陰離子交換膜的制備方法
        1.4.1 聚合物修飾法
        1.4.2 功能單體聚合法
    1.5 陰離子交換膜材料的堿穩(wěn)定性研究
        1.5.1 離子基團(tuán)的穩(wěn)定性
        1.5.2 聚合物骨架的穩(wěn)定性
    1.6 本論文設(shè)計(jì)與研究內(nèi)容
第2章 胍鹽離子的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性關(guān)系及降解機(jī)理研究
    2.1 引言
    2.2 實(shí)驗(yàn)部分
        2.2.1 儀器
        2.2.2 實(shí)驗(yàn)材料
        2.2.3 單體的合成
        2.2.4 胍鹽模型化合物的堿穩(wěn)定性測試
        2.2.5 理論計(jì)算
    2.3 結(jié)果與討論
        2.3.1 胍和胍鹽的表征
        2.3.2 胍鹽離子結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性的關(guān)系
        2.3.3 胍鹽的降解機(jī)理
    2.4 本章小結(jié)
第3章 基于大位阻胍鹽離子的高穩(wěn)定性聚砜陰離子交換膜的設(shè)計(jì)與制備
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
        3.2.1 儀器
        3.2.2 實(shí)驗(yàn)材料
        3.2.3 胍鹽功能化芳基碘單體的典型合成步驟
        3.2.4 聚合物的合成
        3.2.5 陰離子交換膜的制備
        3.2.6 膜的表征
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 胍鹽功能化芳基碘單體的表征
        3.3.2 聚合物的表征
        3.3.3 機(jī)械性能
        3.3.4 熱穩(wěn)定性
        3.3.5 離子交換容量,吸水率,溶脹率和電導(dǎo)率
        3.3.6 微觀形貌
        3.3.7 堿穩(wěn)定性
    3.4 本章小結(jié)
第4章 雙胍交聯(lián)型陰離子交換膜材料的設(shè)計(jì)制備與性能
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
        4.2.1 儀器
        4.2.2 實(shí)驗(yàn)材料
        4.2.3 合成雙胍交聯(lián)劑的典型步驟
        4.2.4 聚合物及交聯(lián)膜的制備過程
        4.2.5 聚合物和膜的表征
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 小分子模型化合物穩(wěn)定性分析
        4.3.2 雙胍交聯(lián)劑、聚合物及交聯(lián)膜的表征
        4.3.3 離子交換容量、溶脹率和吸水率
        4.3.4 交聯(lián)膜的微觀形貌
        4.3.5 氫氧根電導(dǎo)率
        4.3.6 熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能
        4.3.7 堿穩(wěn)定性
    4.4 本章小結(jié)
第5章 具有微嵌段結(jié)構(gòu)的新型胍鹽陰離子交換膜的制備
    5.1 引言
    5.2 實(shí)驗(yàn)部分
        5.2.1 實(shí)驗(yàn)材料
        5.2.2 中間單體1的合成
        5.2.3 共聚單體1的合成
        5.2.4 聚合物的合成
        5.2.5 陰離子交換膜的制備
        5.2.6 聚合物和膜的表征
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 單體與聚合物的表征
        5.3.2 離子交換容量,吸水率和溶脹率
        5.3.3 膜的形貌與電導(dǎo)率
        5.3.4 熱穩(wěn)定性
        5.3.5 堿穩(wěn)定性
    5.4 本章小結(jié)
第6章 離子化單體聚合制備高堿穩(wěn)定性聚芳基咪唑鎓鹽陰離子交換膜
    6.1 引言
    6.2 實(shí)驗(yàn)部分
        6.2.1 儀器
        6.2.2 實(shí)驗(yàn)材料
        6.2.3 離子化功能單體的合成
        6.2.4 均聚物的合成及離子交換
        6.2.5 嵌段共聚物和無規(guī)共聚物的合成
        6.2.6 陰離子交換膜的制備
        6.2.7 聚合物和膜的表征
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 咪唑鎓鹽離子化單體的表征
        6.3.2 均聚物的制備
        6.3.3 共聚物的制備
        6.3.4 溶解性和機(jī)械性能
        6.3.5 吸水率、溶脹率、電導(dǎo)率與微觀結(jié)構(gòu)
        6.3.6 堿穩(wěn)定性
    6.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
附錄
個(gè)人簡介
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其它研究成果



本文編號：3786789