近年來(lái),陰離子交換膜(AEMs)的研究備受關(guān)注,同時(shí)取得了一系列重要進(jìn)展。AEMs可應(yīng)用于電化學(xué)存儲(chǔ)裝置和能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng),如燃料電池、氧化還原流電池和電滲析裝置。但是,AEMs在堿性條件下仍存在離子導(dǎo)電率低、化學(xué)穩(wěn)定性差等一系列問題,嚴(yán)重阻礙了實(shí)際應(yīng)用中陰離子交換膜燃料電池的發(fā)展。在陰離子交換膜中引入更多的離子導(dǎo)電基團(tuán)可以提高離子交換能力(IEC),進(jìn)一步克服AEMs離子電導(dǎo)率低的缺點(diǎn)。然而,過高的IEC值會(huì)引起AEMs過度膨脹從而降低膜的尺寸穩(wěn)定性。在AEMs中構(gòu)筑交聯(lián)結(jié)構(gòu)是平衡尺寸穩(wěn)定性和離子電導(dǎo)率之間常用的方法。無(wú)機(jī)填料在陰離子電導(dǎo)率、力學(xué)性能、耐堿性等性能方面對(duì)復(fù)合膜材料的性能有顯著影響。因此,AEMs的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能研究十分重要。本論文希望結(jié)合無(wú)機(jī)填料的優(yōu)點(diǎn)和交聯(lián)策略構(gòu)筑新型性能優(yōu)異的陰離子交換膜,具體包括以下兩個(gè)部分內(nèi)容:一、以不同鏈長(zhǎng)小分子功能化還原氧化石墨烯(rGO)作為交聯(lián)劑,制備了具有高離子電導(dǎo)率的季銨鹽化聚醚砜(QPSU)基AEMs(CQPSU-X-rGO)。同時(shí)制備了以有機(jī)小分子為交聯(lián)劑的QPSU-AEMs作為對(duì)照樣品。與短鏈交聯(lián)劑交聯(lián)的AEMs相比,柔性長(zhǎng)鏈交聯(lián)劑(PTMHDA)及其修飾的rGO(LrGO)交聯(lián)膜具有更高的離子電導(dǎo)率,這主要?dú)w因于更多季銨鹽離子導(dǎo)電基團(tuán)的引入和微相分離結(jié)構(gòu)造成的。特別是與小分子交聯(lián)的聚合物膜(T-CQPSU-N和P-CQPSU-N)相比,功能化rGO交聯(lián)復(fù)合膜(CQPSU-X-LrGO和CQPSU-X-SrGO)具有更好的離子電導(dǎo)率和化學(xué)穩(wěn)定性。高的離子電導(dǎo)率應(yīng)歸因于在交聯(lián)過程中IEC值的增加和均勻納米相分離結(jié)構(gòu)的形成(80 ~oC時(shí)CQPSU-2%-LrGO,σ~-_(OH)=139.7 mS/cm)。因此,功能化rGO被證明是一種潛在的交聯(lián)劑和填料,可以用于改善AEMs的性能。二、提出了一種簡(jiǎn)便的方法來(lái)構(gòu)筑改性rGO交聯(lián)的聚醚砜基AEMs。首先我們利用含芘的叔胺小分子和聚合物通過π-π作用對(duì)rGO進(jìn)行了非共價(jià)修飾,然后以功能化rGO(TrGO和PrGO)作為交聯(lián)劑和填充劑制備了聚醚砜基AEMs(CQPSU-X-TrGO和CQPSU-X-PrGO)。結(jié)果表明交聯(lián)可以使膜的內(nèi)部填充結(jié)構(gòu)更加緊密,增強(qiáng)陰離子交換膜的耐堿性、離子電導(dǎo)率和氧化穩(wěn)定性。此外,與小分子功能化rGO交聯(lián)的CQPSU-X-TrGO系列膜相比,聚合物功能化rGO交聯(lián)的CQPSU-X-PrGO系列膜的親水性和柔韌性有了顯著提高。在80 ~oC時(shí)PrGO交聯(lián)膜的離子導(dǎo)電率(CQPSU-2%-PrGO,σ~-_(OH)=117.7 mS cm~(-1))高于TrGO交聯(lián)膜(CQPSU-1%-TrGO,σ~-_(OH)=87.2 ms/cm)。通過透射電鏡可以觀察到CQPSU-X-PrGO膜內(nèi)具有納米相分離結(jié)構(gòu)。該方法可以有效地制備出化學(xué)穩(wěn)定性好、離子導(dǎo)電率高的新型交聯(lián)有機(jī)-無(wú)機(jī)納米雜化AEMs。
【學(xué)位單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ425.236
【部分圖文】：

圖..〔.J口.皿.尹

東北師范大學(xué)碩士學(xué)位論文3.3.5.離子電導(dǎo)率在AEMs中離子電導(dǎo)率起著重要的作用，它受許多因素的影響，包括導(dǎo)電基團(tuán)的結(jié)構(gòu)和數(shù)量[63]、微相結(jié)構(gòu)[130]和吸水率[138]等。在AEMs中，高的吸水率意味著高的離子電導(dǎo)率。如上文中所述，我們制備的交聯(lián)AEMs具有的高吸水率來(lái)源于交聯(lián)過程中產(chǎn)生的季銨鹽基團(tuán)在增加了IEC值的同時(shí)，膜內(nèi)還形成了良好的微相分離，這導(dǎo)致交聯(lián)AEMs的氫氧化物電導(dǎo)率高于純QPSU膜(見表2和2.4)。

Fig. 3.11H NMR spectra of PSU (a) and CMPSU (b).劑的表征MAEMA 和 PHMDA 的核磁氫譜3.2b 是 PTMHDA 的核磁氫譜。在 5.62 ppm 處可以觀察到接枝p，表明 PTMHDA 已經(jīng)由 TMHDA和 1-溴甲基芘成功地制備。Fig. 3.21H NMR spectra of QPSU (a) and PTMHDA (b).
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本文編號(hào)：2870622