四氮唑質(zhì)子載體接枝硅烷偶聯(lián)劑用于質(zhì)子交換膜.pdf

1、商業(yè)化全氟磺酸膜如Nafion膜,質(zhì)子傳遞主要依賴于外部水分子,工作溫度較低(80℃左右),導(dǎo)致鉑催化劑一氧化碳易中毒、引發(fā)電池內(nèi)部水、熱管理困難等問(wèn)題。因此,開(kāi)發(fā)以非水質(zhì)子載體為基礎(chǔ)的新型質(zhì)子交換膜(PEM)備受關(guān)注。本課題來(lái)源于河南省國(guó)際合作項(xiàng)目“新型含氮雜環(huán)質(zhì)子交換膜的設(shè)計(jì)與合成”(No.104300510009),目的在于篩選出一種良好的氮雜環(huán)質(zhì)子載體,并以此化合物為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和合成一種具有原生質(zhì)子傳遞能力的PEM。
　　

2、 咪唑和四氮唑環(huán)具有原生質(zhì)子傳遞能力,本論文首先理論分析了咪唑環(huán)和四氮唑環(huán)的結(jié)構(gòu),對(duì)比了文獻(xiàn)報(bào)道的其相應(yīng)質(zhì)子交換膜的電導(dǎo)率,得出四氮唑環(huán)質(zhì)子傳遞性優(yōu)于咪唑,另電化學(xué)測(cè)試表明四氮唑電化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)于咪唑,因此四氮唑比咪唑更適合用于PEM。之后通過(guò)四氮唑衍生物的pKa值分析,得出5-(4-羥基苯基)-1H-四氮唑是較好的選擇,并測(cè)試了其熱穩(wěn)定性可達(dá)247℃。
　　 其次,在水相中通過(guò)1,3-偶極環(huán)加成反應(yīng),合成了5-(4-羥基苯基)-

3、1H-四氮唑,紅外、核磁確認(rèn)了產(chǎn)物結(jié)構(gòu)。單因素和正交試驗(yàn)優(yōu)化了合成條件:以0.12mol對(duì)羥基苯甲腈為基準(zhǔn),疊氮鈉和對(duì)羥基苯甲腈的摩爾比1.4:1,反應(yīng)時(shí)間24小時(shí),溶劑量270mL,反應(yīng)溫度115℃,酸化溫度55℃,酸化時(shí)間90分鐘,產(chǎn)率92.5％。工藝環(huán)保、簡(jiǎn)單、產(chǎn)率高。
　　 再次,將5-(4-羥基苯基)-1H-四氮唑和硅烷偶聯(lián)劑接枝合成了5-(4-(3-二乙氧基甲基硅烷基丙氧基)苯基)-1H-四氮唑,紅外和核磁表征了其結(jié)

4、構(gòu),凝膠色譜表征了分子量分布;單因素和正交試驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了優(yōu)化:以0.02mol5-(4-羥基苯基)-四氮唑?yàn)榛鶞?zhǔn)與氫氧化鉀和γ-氯丙基甲基二乙氧基硅烷比為:1:1.6:1.4,反應(yīng)時(shí)間42h,溶劑量80mL時(shí),收率69.3%;同時(shí)合成了5-(4-(3-三甲氧基硅烷基丙氧基)苯基)-1H-四氮唑并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。
　　 最后,接枝產(chǎn)物在聚四氟乙烯基膜上發(fā)生原位聚合,制備出了含四氮唑接枝產(chǎn)物的PEM。掃描電鏡觀察到基膜的微孔被