同軸共紡聚醚醚酮無(wú)機(jī)摻雜質(zhì)子交換膜的研究.pdf

1、專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文同軸共紡聚醚醚酮無(wú)機(jī)摻雜質(zhì)子交換膜的研究PreparationandCharacterizationofCoaxialElectrospunInorganicHybridSPEEKProtonExchangeMembranes學(xué)號(hào)：墨!壘QZQ呈!大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文摘要質(zhì)子交換膜(PEM)是燃料電池阻隔燃料和傳導(dǎo)質(zhì)子的重要組件。商業(yè)上使

2、用的全氟磺酸膜Nation存在不耐高溫、燃料滲透率高、價(jià)格昂貴等問(wèn)題。磺化聚醚醚酮(SPEEK)價(jià)格低廉，機(jī)械強(qiáng)度高，但溶脹度與電導(dǎo)率的矛盾亟待解決。摻雜磺酸化無(wú)機(jī)材料，制備有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合膜是抑制膜溶脹、提升質(zhì)子傳導(dǎo)率、提高阻醇性的有效手段之一，但普通澆鑄法在摻雜無(wú)機(jī)材料時(shí)存在有機(jī)無(wú)機(jī)相容性差的難題。本文提出同軸共紡制備具有核殼結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)摻雜靜電紡絲纖維膜，將功能化氧化石墨烯片層(SSiGO)均勻包被于SPEEK電紡纖維中，顯著提高有機(jī)無(wú)

3、機(jī)相容性。SSi—GO在強(qiáng)電場(chǎng)中沿纖維軸向取向，促進(jìn)磺酸基團(tuán)沿核殼界面有序排列，打通膜內(nèi)質(zhì)子傳導(dǎo)通道，同時(shí)提高阻醇性能。首先，利用硅烷偶聯(lián)法將氧化石墨烯(GO)功能化，形成磺化硅烷偶聯(lián)化氧化石墨烯(SSiGO)，磺酸基團(tuán)的對(duì)稱及非對(duì)稱振動(dòng)引起的1130cm1峰的紅移證明了磺酸基團(tuán)的成功接枝；通過(guò)同軸共紡法制備SPEEK包裹SSiGO的核殼結(jié)構(gòu)電紡纖維，并考察了電壓、內(nèi)外紡絲液粘度、內(nèi)外紡絲液推進(jìn)速率等對(duì)纖維形貌及纖維尺寸分布的影響，確定

4、最優(yōu)紡絲條件：紡絲電壓26kV，內(nèi)外紡絲液粘度一致，均為561cP，內(nèi)外紡絲液推進(jìn)速度一致，均為llaLmin～。此條件下制得的核殼纖維直徑分布集中，SSi—GO包被完善，沿纖維軸向取向。接著，利用熱壓法將同軸紡絲核殼纖維制備為致密的PEM，并考察了一系列不同摻雜量的SPEEK／SSi—GO核殼纖維復(fù)合膜的性能。掃描電鏡照片表明復(fù)合膜表面仍可保留纖維形貌，斷面均勻致密，未見(jiàn)宏觀相分離；膜的吸水率及電導(dǎo)率隨摻雜量呈現(xiàn)先增大后趨于不變的趨勢(shì)

5、，摻雜量為25wt％的復(fù)合膜性能最佳，30℃電導(dǎo)率達(dá)到946mScm1，是SPEEK純靜電紡絲膜的34倍。為了比較SSi—GO在膜中的不同形貌對(duì)膜性能的影響，本文同時(shí)利用共混靜電紡絲法和共混澆鑄法制備了摻雜量為25塒％的共混紡絲膜和共混澆鑄膜，性能測(cè)試結(jié)果表明：不同于核殼結(jié)構(gòu)對(duì)SSi—GO的包被相容作用，共混紡絲纖維中SSiGO片層浮于SPEEK纖維之間，成膜后SSi—GO直接嵌于膜中，相容性差，從而阻礙了質(zhì)子傳導(dǎo)，其電導(dǎo)率僅為同軸共紡