發(fā)布時間：2017-05-20 14:17

  本文關(guān)鍵詞：含有全氟磺酸側(cè)鏈的聚磷腈類質(zhì)子交換膜的合成與應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：線性聚二氯磷腈(PDCP)是一種無機聚合物,由氮和磷兩種原子交替排列構(gòu)成其骨架,位于側(cè)鏈的氯原子活性高、不穩(wěn)定,而與一些帶有活潑氫的有機小分子反應(yīng)得到的有機線性聚磷腈熱力學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性明顯增強,將無機物和有機物的優(yōu)點集于一體。聚磷腈類高分子的相對分子量較高,是一類優(yōu)良的成膜質(zhì)料,同時,側(cè)基基團對聚磷腈的性能影響很大,通過引入合適的基團的方法使其滿足質(zhì)子交換膜的所有要求,這在理論上是可行的。所以聚磷腈在質(zhì)子交換膜領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。本文設(shè)計制備了一系列含有全氟磺酸側(cè)鏈的聚磷腈共聚物質(zhì)子交換膜(PTMPPx-r-PFSPPy)。首先在聚二氯磷腈上引入4-三氟甲基苯酚和4-甲氧基苯酚,架構(gòu)疏水性主鏈;然后用三溴化硼脫去部分甲基,得到部分含有羥基的聚磷腈共聚物;最后通過內(nèi)酯開環(huán)反應(yīng)引入全氟磺酸基團,完成聚磷腈共聚物的功能化。之后采用溶液共混的方法制備質(zhì)子交換膜,同時完成交聯(lián)反應(yīng),增強其阻醇性能。本研究所得的質(zhì)子交換膜兼具聚磷腈共聚物和全氟磺酸類聚合物的優(yōu)點,具有高的質(zhì)子傳導(dǎo)率、低的甲醇滲透率、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性。主鏈部分設(shè)計成疏水基團,而側(cè)鏈部分設(shè)計成親水基團,這種設(shè)計有利于高分子中的親水相和疏水相形成微相分離,膜內(nèi)更容易形成有效的離子傳輸通道,提高質(zhì)子傳導(dǎo)率。聚磷腈的骨架結(jié)構(gòu)具有良好的阻醇性和化學(xué)穩(wěn)定性。另外,在合成步驟中引入磺酸基團有效地控制了磺酸基團的數(shù)量,避免后磺化過程造成的溶脹度大等問題,因此得到較好的尺寸穩(wěn)定性。在制備的一系列質(zhì)子交換膜中,PTMPP1-r-PFSPP9膜表現(xiàn)最好,其質(zhì)子傳導(dǎo)率在25℃和80℃條件下均與Nafion 117的值(0.1 S/cm,0.19 S/cm)相近,但是甲醇滲透系數(shù)(5.95×10-7cm2/s)卻遠低于Nafion 117的值(15.8×10-7cm2/s),因此,PTMPP1-r-PFSPP9質(zhì)子交換膜在直接甲醇燃料電池的實際應(yīng)用中有光明的前景。
【關(guān)鍵詞】：質(zhì)子交換膜 聚磷腈 全氟磺酸 微相分離
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM911.4;O631.3
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-31
• 1.1 引言11-12
• 1.2 燃料電池概述12-15
• 1.2.1 燃料電池的原理12
• 1.2.2 燃料電池的分類12-13
• 1.2.3 質(zhì)子交換膜燃料電池13-15
• 1.3 質(zhì)子交換膜研究進展15-22
• 1.3.1 質(zhì)子交換膜研究基礎(chǔ)15-16
• 1.3.2 聚合物類質(zhì)子交換膜16-22
• 1.3.3 陶瓷類質(zhì)子交換膜22
• 1.3.4 有機-無機復(fù)合型質(zhì)子交換膜22
• 1.4 聚磷腈類聚合物在質(zhì)子交換膜中的應(yīng)用22-27
• 1.4.1 聚磷腈22-23
• 1.4.2 聚磷腈類質(zhì)子交換膜研究基礎(chǔ)23-24
• 1.4.3 磺酸型聚磷腈類質(zhì)子交換膜24-27
• 1.5 選題的意義和主要研究內(nèi)容27-31
• 1.5.1 選題的意義27-28
• 1.5.2 本文的主要研究內(nèi)容28-31
• 第2章 含有全氟磺酸側(cè)鏈的聚磷腈類質(zhì)子交換膜的合成與表征31-44
• 2.1 實驗試劑及儀器31-33
• 2.2 線性聚二氯磷腈的合成33-35
• 2.2.1 開環(huán)聚合反應(yīng)的原理及影響因素34-35
• 2.2.2 開環(huán)聚合反應(yīng)步驟35
• 2.3 聚[(4-三氟甲基苯氧基)(4-甲氧基苯氧基)磷腈] (PTMPP)的合成35-36
• 2.4 聚[(4-三氟甲基苯氧基)(4-甲氧基苯氧基)磷腈]-共聚-[(4-三氟甲基苯氧基)(4-羥基苯氧基)磷腈](PTMPPx-r-PTHPPy)的合成36
• 2.5 聚[(4-三氟甲基苯氧基)(4-甲氧基苯氧基)磷腈]-共聚-[(4-三氟甲基苯氧基)(4-全氟磺酸苯氧基)磷腈]( PTMPPx-r-PFSPPy)的合成36-37
• 2.6 交聯(lián)劑 2,6 -二(羥甲基)4甲基苯酚(BHMP)的合成37
• 2.7 PTMPPx-r-PFSPPy交聯(lián)型質(zhì)子交換膜的制備37-38
• 2.8 PTMPPx-r-PFSPPy交聯(lián)型質(zhì)子交換膜的表征38-41
• 2.8.1 聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)表征方法38
• 2.8.2 聚合物PTMPP的結(jié)構(gòu)分析38-39
• 2.8.3 聚合物PTMPPx-r-PTHPPy的結(jié)構(gòu)分析39
• 2.8.4 聚合物PTMPPx-r-PFSPPy的結(jié)構(gòu)分析39-41
• 2.9 PTMPPx-r-PFSPPy交聯(lián)型質(zhì)子交換膜的表征41-44
• 2.9.1 交聯(lián)原理41-42
• 2.9.2 紅外譜圖42-44
• 第3章 含有全氟磺酸側(cè)鏈的聚磷腈類質(zhì)子交換膜的性能測試44-58
• 3.1 質(zhì)子交換膜的性能測試方法44-47
• 3.2 PTMPPx-r-PFSPPy質(zhì)子交換膜的性能研究47-58
• 3.2.1 PTMPPx-r-PFSPPy質(zhì)子交換膜的熱穩(wěn)定性47-48
• 3.2.2 PTMPPx-r-PFSPPy質(zhì)子交換膜的抗氧化性48-49
• 3.2.3 PTMPPx-r-PFSPPy質(zhì)子交換膜的質(zhì)子交換容量（IEC），吸水率（WU）， 溶脹度（SR）和水合數(shù)（λ）49-51
• 3.2.4 PTMPPx-r-PFSPPy質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率51-55
• 3.2.5 PTMPPx-r-PFSPPy質(zhì)子交換膜的甲醇滲透率55-56
• 3.2.6 PTMPPx-r-PFSPPy質(zhì)子交換膜的微觀形貌56-58
• 結(jié)論與展望58-60
• 參考文獻60-67
• 附錄67-70
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單70-71
• 致謝71

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