主鏈結(jié)構(gòu)對(duì)咪唑化堿性膜性能的影響.pdf

1、堿性陰離子交換膜燃料電池（AAEMFC）在堿性條件下電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)快，可以應(yīng)用鈷Co、Ni、Fe等非貴金屬代替Pt作為催化劑，降低了電池的制造成本。AAEMFC的關(guān)鍵組件堿性陰離子交換膜(AAEM)主要存在著堿穩(wěn)定性差、機(jī)械強(qiáng)度不足、離子電導(dǎo)率低等問題，不能滿足AAEMFC的要求。針對(duì)上述問題，本論文設(shè)計(jì)合成了不同主鏈結(jié)構(gòu)的聚芳醚砜，通過主鏈結(jié)構(gòu)的電子效應(yīng)與空間效應(yīng)對(duì)離子基影響的研究，確定有利于咪唑離子基穩(wěn)定的鏈結(jié)構(gòu)。同時(shí)通過接枝的方法

2、弱化主鏈結(jié)構(gòu)對(duì)離子基不利的影響，從而改善膜的穩(wěn)定性。
　　根據(jù)以上思路，本論文的工作包括以下主要內(nèi)容:
　　(1)聚芳醚砜的合成、堿性膜制備及性能。為研究主鏈結(jié)構(gòu)對(duì)離子基的影響，采用不同結(jié)構(gòu)的雙酚單體分別與4，4'-二氟二苯砜合成三種具有不同主鏈結(jié)構(gòu)的聚芳醚砜。并通過氯甲基化、離子化、鑄膜和堿化等步驟，成功制備了一系列咪唑鎓鹽型聚芳醚砜AAEM，包括咪唑離子化的雙酚A聚砜(ImPSf-A-OH)膜、聯(lián)苯聚砜(ImPSf-B-

3、OH)膜、雙酚AF聚砜(ImPSf-C-OH)膜。得到的堿性膜在極性非質(zhì)子溶劑中具有較好的溶解性。膜的離子電導(dǎo)率隨著溫度的增加而增大，80℃下，ImPS f-A-OH、ImPS f-B-OH與ImPSf-C-OH膜的電導(dǎo)率分別為53.98 mS/cm、47.19 mS/cm以及42.46 mS/cm。室溫下，3M的NaOH溶液中浸泡168 h后，離子電導(dǎo)率分別下降了17.6％、11.3％、7.14％。結(jié)合不同膜的熱降解溫度，證實(shí)了主鏈結(jié)

4、構(gòu)對(duì)離子穩(wěn)定性產(chǎn)生影響推測(cè)。
　　(2)接枝型雙酚A聚砜堿性膜的制備及性能。為弱化主鏈結(jié)構(gòu)對(duì)咪唑離子基的不利影響，利用氯甲基化的雙酚A聚砜與3-氯-2-甲基-1-丙烯在無水無氧條件下，通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)反應(yīng)在主鏈與離子基之間接入長(zhǎng)鏈段的聚氯甲基丙烯，成功的制備了一種咪唑鎓鹽型聚氯甲基丙烯接枝的雙酚A聚砜膜（PSf-A-g-PMAC-OH）。膜的IEC為1.75 mmol/g，80℃下的溶脹度為40％，離子電導(dǎo)率高達(dá)

5、64 mS/cm。根據(jù)TGA結(jié)果表明PSf-A-g-PMAC-OH膜具有良好的熱穩(wěn)定性，室溫下3M的NaOH溶液中浸泡168 h后，電導(dǎo)率下降了15.4％。表明經(jīng)ATRP接枝后，PSf-A-g-PMAC的抗溶脹能力提高，其離子電導(dǎo)率、熱穩(wěn)定性能、堿穩(wěn)定性能均有所提高。
　　本論文研究主鏈結(jié)構(gòu)電子效應(yīng)和空間效應(yīng)對(duì)離子基的影響，改善堿性膜的性能。為高性能堿性膜的設(shè)計(jì)和研發(fā)提供新的思路、理論和途徑，對(duì)于AAEMFC的發(fā)展具有理論與實(shí)踐意