發(fā)布時(shí)間：2018-04-27 08:05

  本文選題：燃料電池 + 質(zhì)子交換膜��； 參考：《天津大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：質(zhì)子傳導(dǎo)性能的強(qiáng)化是質(zhì)子交換膜研究的關(guān)鍵問題。將磷酸基團(tuán)引入質(zhì)子交換膜是提高膜質(zhì)子傳導(dǎo)率的有效途徑,如何簡(jiǎn)便有效地實(shí)現(xiàn)磷酸基團(tuán)的固定是磷酸化質(zhì)子交換膜面臨的主要挑戰(zhàn)。本研究以無機(jī)納米材料為載體,通過共價(jià)鍵或包裹方式實(shí)現(xiàn)磷酸基團(tuán)的固定,并與高分子膜基質(zhì)混合制備了磷酸化有機(jī)-無機(jī)雜化膜。利用磷酸基團(tuán)優(yōu)異的導(dǎo)質(zhì)子性能及其與無機(jī)載體間的協(xié)同作用,實(shí)現(xiàn)質(zhì)子傳導(dǎo)性能的強(qiáng)化。以TiCl4為前驅(qū)體,氨基三亞甲基膦酸(ATMP)為磷酸化試劑,在磺化聚醚醚酮(SPEEK)中原位生成粒徑約為50 nm的二氧化鈦顆粒(TiO2),制備了SPEEK/原位磷酸化二氧化鈦雜化膜。ATMP通過穩(wěn)定的共價(jià)鍵與TiO2連接,均勻分散于SPEEK中。磷酸化TiO2的加入增加了膜內(nèi)質(zhì)子傳遞位點(diǎn)數(shù),提高了質(zhì)子傳遞通道的連續(xù)性,從而強(qiáng)化了膜的質(zhì)子傳導(dǎo)性能。填充量為6 wt.%的雜化膜在65 oC、飽和濕度下質(zhì)子傳導(dǎo)率達(dá)0.334 S cm-1,較純SPEEK膜高63.7%。利用多巴胺的自聚作用在片狀氧化石墨烯(GO)表面包裹一層聚多巴胺,得到多巴胺修飾的GO(DGO),利用邁克爾加成反應(yīng)將阿侖膦酸負(fù)載到DGO表面,制得磷酸化氧化石墨烯(PGO),并填充到Nafion膜基質(zhì)中制備了Nafion/磷酸化氧化石墨烯雜化膜。PGO的加入提高了膜的吸水保水能力,密集分布于片狀GO上的磷酸基團(tuán)在膜內(nèi)構(gòu)建出新型質(zhì)子傳遞通道,同時(shí)強(qiáng)化了飽和濕度和低濕度下的質(zhì)子傳導(dǎo)性能。填充量2 wt.%的雜化膜,110 oC、飽和濕度下質(zhì)子傳導(dǎo)率可達(dá)0.277 S cm-1,為純Nafion重鑄膜的2.2倍;80 oC、40 RH%時(shí),質(zhì)子傳導(dǎo)率達(dá)0.0441 S cm-1,為純Nafion重鑄膜的7.6倍。采用水熱法合成了具有規(guī)則三維孔道結(jié)構(gòu)的MIL-101(Cr),并利用“瓶中船”法以磷酸氫二鈉和鎢酸鈉為單體在其孔道內(nèi)原位合成磷鎢酸,將其填充到SPEEK中制備了SPEEK/MIL101負(fù)載磷鎢酸雜化膜。由于磷鎢酸粒徑大于MIL-101(Cr)窗口尺寸,因此可有效防止磷鎢酸的流失。MIL-101(Cr)表面的氫鍵網(wǎng)絡(luò)和孔道內(nèi)的磷鎢酸在兩相界面處與顆粒內(nèi)部構(gòu)建出新型傳遞通道,提高了膜內(nèi)質(zhì)子傳遞通道的連續(xù)性,強(qiáng)化了膜的低濕度質(zhì)子傳導(dǎo)性能。填充量9 wt.%的雜化膜在60 oC、40 RH%條件下質(zhì)子傳導(dǎo)率達(dá)0.00651 S cm-1,為純SPEEK膜的7.2倍。
[Abstract]:The enhancement of proton conductivity is a key issue in the study of proton exchange membranes. The introduction of phosphoric acid groups into proton exchange membranes is an effective way to improve the proton conductivity of the membranes. It is a major challenge for phosphorylated proton exchange membranes to fix the phosphoric acid groups simply and effectively. In this study, phosphorylated organic-inorganic hybrid membranes were prepared by covalent bonding or encapsulation of inorganic nanomaterials, and phosphorylated organic-inorganic hybrid membranes were prepared by mixing with polymer membrane matrix. The proton conductivity was enhanced by using the excellent proton conductivity of phosphoric acid group and its synergistic effect with inorganic carrier. TiCl4 was used as precursor and amino trimethylphosphonic acid (TiCl4) as phosphorylation reagent. SPEEK/ in-situ phosphorylated TIO _ 2 hybrid film was prepared by in situ formation of TIO _ 2 particles with a diameter of about 50 nm in sulfonated polyether ether ketone (SPEEK). The SPEEK/ in-situ phosphorylated TIO _ 2 hybrid film was connected with TiO2 through stable covalent bonds and was uniformly dispersed in SPEEK. The addition of phosphorylated TiO2 increases the number of proton transfer sites in the membrane and improves the continuity of the proton transfer channel, thus enhancing the proton conductivity of the membrane. The hybrid membrane filled with 6 wt.% at 65oC has a proton conductivity of 0.334 Scm-1 at saturation humidity, which is 63.7% higher than that of pure SPEEK membrane. Dopamine was coated on the surface of flake graphene oxide by self-polymerization of dopamine to obtain dopamine modified GOD. Alendronic acid was loaded onto the surface of DGO by Michael addition reaction. The phosphorylated graphene oxide (PGO) was prepared, and the Nafion/ phosphorylated graphene oxide hybrid film. PGO was filled in the Nafion membrane matrix to improve the water absorption and water retention of the membrane. A novel proton transfer channel was constructed by concentrated phosphoric acid groups distributed on flake go, which enhanced the proton conductivity at saturation humidity and low humidity. The proton conductivity of the hybrid membrane with 2 wt.% filling can reach 0.277 Scm-1 in saturated humidity. The proton conductivity of pure Nafion recast membrane is 0.0441 Scm-1 and 7.6 times that of pure Nafion recast membrane at 2.2-fold 80oCm-40 RH%. MIL-101CrN with regular three-dimensional pore structure was synthesized by hydrothermal method, and phosphotungstic acid was synthesized in situ by "in-bottle ship" method in its pore channel with disodium hydrogen phosphate and sodium tungstate as monomers. SPEEK/MIL101 supported phosphotungstic acid hybrid films were prepared by filling them into SPEEK. Because the particle size of phosphotungstic acid is larger than the size of MIL-101Cr-window, it can effectively prevent the loss of phosphotungstic acid. MIL-101Cr) surface hydrogen bond network and phosphotungstic acid in the pore to construct a new transfer channel between the two phase interface and the particle interior. The continuity of the proton transfer channel in the membrane is improved and the proton conductivity of the membrane is enhanced. The proton conductivity of the hybrid membrane filled with 9 wt.% was 0.00651 Scm-1 at 60oC ~ (40) RH%, which was 7.2 times of that of pure SPEEK membrane.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ051.893

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 肖帶麗;;無氟質(zhì)子交換膜的研究和進(jìn)展[J];廣東化工;2010年07期

2 李瓊;李薇;張海寧;潘牧;;聚合物質(zhì)子溶劑在質(zhì)子交換膜中的應(yīng)用[J];電源技術(shù);2011年04期

3 張?jiān)鲇?;氟離子交換膜[J];杭州化工;1991年04期

4 孫紅;欒麗華;吳鐵軍;唐玉蘭;王遜;;質(zhì)子交換膜中的傳質(zhì)分析[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2012年02期

5 艾明歡;李海濱;;超薄CsH_2PO_4/SiO_2復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備[J];材料導(dǎo)報(bào);2012年04期

6 楊萌;相艷;王慕冰;康思聰;徐惠彬;;化學(xué)與生物改性合成質(zhì)子交換膜[J];化學(xué)進(jìn)展;2009年01期

7 吳魁;解東來;;高溫質(zhì)子交換膜研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2012年10期

8 石倩茹;陶慷;章勤;薛立新;張堯劍;;離子液體在質(zhì)子交換膜中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J];膜科學(xué)與技術(shù);2013年03期

9 羅居杰;宋艷慧;崔培培;謝小玲;;接枝磺酸基質(zhì)子交換膜的制備及性能研究[J];化工新型材料;2014年03期

10 王盎然;包永忠;翁志學(xué);黃志明;;丙烯腈-對(duì)苯乙烯磺酸共聚物質(zhì)子交換膜的合成與性能[J];高�；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào);2010年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 張燕梅;方軍;伍永彬;;用于堿性直接甲醇燃料電池的新型含氟陰離子交換膜的制備及表征[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第十一屆全國(guó)氟化學(xué)會(huì)議論文摘要集[C];2010年

2 徐維林;陸天虹;邢巍;;低甲醇透過質(zhì)子交換膜的研究[A];第十二屆中國(guó)固態(tài)離子學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

3 劉盛洲;張興鵬;印杰;;嵌段長(zhǎng)度對(duì)磺酸基嵌段共聚物質(zhì)子交換膜性能的影響研究[A];2006年全國(guó)高分子材料科學(xué)與工程研討會(huì)論文集[C];2006年

4 石守穩(wěn);陳旭;;浸泡質(zhì)子交換膜力學(xué)性能及其微觀變形機(jī)理的研究[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

5 馮慶霞;張冬芳;嚴(yán)六明;;納米復(fù)合H_3PO_4-BPO_4-ABPBI高溫質(zhì)子交換膜的制備與表征[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第10分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

6 李林繁;于洋;鄧波;虞鳴;謝雷東;李景燁;陸曉峰;;輻射接枝法制備質(zhì)子交換膜的研究[A];中國(guó)核科學(xué)技術(shù)進(jìn)展報(bào)告——中國(guó)核學(xué)會(huì)2009年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（第一卷·第8冊(cè)）[C];2009年

7 王博;王新東;王文紅;張紅飛;陳玲;;燃料電池質(zhì)子交換膜電導(dǎo)率的測(cè)試方法研究[A];冶金研究中心2005年“冶金工程科學(xué)論壇”論文集[C];2005年

8 薛松;尹鴿平;;磺化聚醚醚酮／磷鎢酸復(fù)合質(zhì)子交換膜[A];第十三次全國(guó)電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（上集）[C];2005年

9 朱靖;邵柯;那輝;;基于靜電紡絲技術(shù)的納米纖維質(zhì)子交換膜材料[A];2009年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集（上冊(cè)）[C];2009年

10 紀(jì)曉波;嚴(yán)六明;陸文聰;馬和平;;酸堿質(zhì)子交換膜中質(zhì)子動(dòng)力學(xué)行為及協(xié)同效應(yīng)[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第14分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 本報(bào)記者 李香才;質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)取得進(jìn)展[N];中國(guó)證券報(bào);2013年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 袁森;燃料電池用新型聚酰亞胺及聚硫醚砜基質(zhì)子交換膜的研究[D];上海交通大學(xué);2014年

2 劉鑫;燃料電池用磺酸化聚醚醚酮質(zhì)子交換膜的制備與改性研究[D];北京化工大學(xué);2015年

3 付鳳艷;聚磷腈類質(zhì)子交換膜的制備與表征[D];北京理工大學(xué);2015年

4 喬宗文;側(cè)鏈型磺化聚砜質(zhì)子交換膜的制備、微相分離結(jié)構(gòu)與性能的研究[D];中北大學(xué);2016年

5 吳斌;質(zhì)子交換膜微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控研究[D];天津大學(xué);2015年

6 王曉恩;復(fù)合質(zhì)子交換膜機(jī)械增強(qiáng)與溫濕度響應(yīng)特性[D];武漢理工大學(xué);2011年

7 鐘雙玲;直接甲醇燃料電池用新型質(zhì)子交換膜的制備與性能研究[D];吉林大學(xué);2008年

8 曾松軍;新型聚倍半硅氧烷基酸—堿無水質(zhì)子交換膜的制備與性能研究[D];湖南大學(xué);2011年

9 紀(jì)曉波;質(zhì)子交換膜中甲醇遷移及其機(jī)理的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究[D];上海大學(xué);2009年

10 張海秋;復(fù)合型質(zhì)子交換膜的結(jié)構(gòu)與性能研究[D];吉林大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 陳駿;金屬雙極板質(zhì)子交換膜燃料電池內(nèi)阻研究[D];武漢理工大學(xué);2014年

2 韓澍;含羧基磺化聚芳醚酮砜類質(zhì)子交換膜材料的制備與性能研究[D];長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué);2015年

3 梁宇;交聯(lián)型直接甲醇燃料電池質(zhì)子交換膜的制備及性能研究[D];蘭州大學(xué);2015年

4 薛童;磺化嵌段聚醚砜質(zhì)子交換膜的制備與改性[D];南京理工大學(xué);2015年

5 袁祖鳳;磺化聚芳酸砜類側(cè)鏈型質(zhì)子交換膜的制備及改性[D];南京理工大學(xué);2015年

6 胡玉濤;咪唑摀化聚砜共混氫氧根交換膜的制備與性能[D];大連理工大學(xué);2015年

7 修鳳羽;半超支化半交聯(lián)磺化聚酰亞胺復(fù)合質(zhì)子交換膜制備及性能研究[D];大連理工大學(xué);2015年

8 孫成剛;直接甲醇燃料電池用高性能含硅無皂乳液的制備及性能研究[D];吉林農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

9 李亞婷;帶有穩(wěn)定側(cè)鏈的接枝型質(zhì)子交換膜制備及性能研究[D];大連理工大學(xué);2015年

10 李憧;質(zhì)子交換膜燃料電池的自抗擾控制研究[D];北京化工大學(xué);2015年

，

本文編號(hào)：1809902