PVDF-HFP改性含氮多膦酸聚硅氧烷質(zhì)子交換膜的制備與性能研究.pdf

1、磷酸的酸堿兩性性質(zhì)以及在相對(duì)干燥的條件下，相對(duì)于其他的質(zhì)子載體具有優(yōu)良的保水性能，使得磷酸逐漸成為新一代的質(zhì)子傳導(dǎo)介質(zhì)。磷酸功能化聚合物作為燃料電池質(zhì)子交換膜的報(bào)道已屢見不鮮，然而質(zhì)子膜的耐水解性能差和質(zhì)子電導(dǎo)率不高阻礙了該技術(shù)的發(fā)展，解決這兩個(gè)問(wèn)題，將會(huì)極大地推動(dòng)質(zhì)子交換膜燃料電池的發(fā)展。
　　本文以2-（3,4-環(huán)氧環(huán)己烷基）乙基三甲氧基硅烷（EHTMS）、氨基三亞甲基磷酸（ATMP）和聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）

2、為原料，二甲基亞砜（DMSO）為溶劑，采用溶膠-凝膠法合成質(zhì)子交換膜。利用硅氧烷中環(huán)氧基團(tuán)與磷酸中磷羥基的開環(huán)反應(yīng)將磷酸化學(xué)鍵合到硅氧烷上，硅氧烷中六元環(huán)的空間位阻效應(yīng)可以阻止C-O-P鍵的水解。PVDF-HFP分子鏈上有F原子，F(xiàn)原子具有較強(qiáng)的吸電子能力，將 PVDF-HFP添加到質(zhì)子膜中，除了質(zhì)子膜中原有的連續(xù)氫鍵網(wǎng)絡(luò)對(duì)質(zhì)子的傳導(dǎo)作用外，還有PVDF-HFP中F原子對(duì)質(zhì)子的作用。為此制備了兩組不同配比的質(zhì)子膜，一組是EHTMS/AT

3、MP質(zhì)子膜，一組是PVDF-HFP改性EHTMS/ATMP質(zhì)子膜，通過(guò)對(duì)兩組質(zhì)子膜進(jìn)行測(cè)試來(lái)表征PVDF-HFP的加入對(duì)所制備質(zhì)子交換膜性能的影響。
　　FT-IR、XRD分析表明，EHTMS與ATMP成功發(fā)生開環(huán)反應(yīng)，ATMP通過(guò)化學(xué)鍵與EHTMS連接，提高了ATMP在膜中的穩(wěn)定性，同時(shí)EHTMS中的硅氧烷成功水解并形成Si-O-Si網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。TG-DSC熱分析表明，制備的兩組質(zhì)子膜在200℃以內(nèi)顯示出良好的熱穩(wěn)定性。形貌分析表

4、明，PVDF-HFP改性質(zhì)子膜表面沒(méi)有出現(xiàn)相分離現(xiàn)象，說(shuō)明PVDF-HFP與質(zhì)子膜相容性良好，斷面分析發(fā)現(xiàn)， PVDF-HFP的加入可能使硅氧烷之間的間距變大，產(chǎn)生類似溶脹的效果，這就使得質(zhì)子膜產(chǎn)生更多的微孔結(jié)構(gòu)，有利于質(zhì)子膜的保水。耐水解性能表明，PVDF-HFP的加入提高了質(zhì)子膜的耐水解性，而且在提高質(zhì)子膜吸水率和抗氧化性能的同時(shí)，卻降低了質(zhì)子膜的溶脹度。XPS分析表明，兩組質(zhì)子膜并非完全均相體系。通過(guò)對(duì)兩組質(zhì)子膜的電導(dǎo)率測(cè)試發(fā)現(xiàn)，