基于MOFs质子交换膜的制备及其质子传导性能

发布时间：2017-04-11 09:20

  本文关键词：基于MOFs质子交换膜的制备及其质子传导性能，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：质子交换膜是质子交换膜燃料电池的关键部件,对燃料电池的性能起决定性作用。目前,商业化的Nafion膜具有合成困难、价格昂贵以及氟污染等问题,不利于燃料电池的大规模商业化应用。因此,需要研发高性能、低成本的新型无氟质子交换膜,以推进燃料电池商业化进程。聚(1,4-亚苯基醚-醚-砜)(PEES)通过后磺化处理可以得到具有较高质子传导能力的磺化聚(1,4-亚苯基醚-醚-砜)(SPEES)。但是它的物理化学性质,特别是稳定性受到影响。沸石咪唑酯骨架结构(ZIFs)具有较大比表面积、孔结构和功能可调控等优异的物理化学性能。本论文将PEES通过后磺化处理得到SPEES,然后将SPEES与水热合成的ZIFs进行混合,最后通过溶液浇铸法合成一系列ZIFs/SPEES复合膜。对这些膜进行了FTIR、XRD、SEM、TG、IEC、吸水率、溶胀率、化学稳定性和质子传导性表征。结果表明,当SPEES膜的磺化度为42.2%,ZIF-8和SPEES的质量比为1：100的ZIF-8/SPEES-1复合膜具有很好的热稳定性和化学稳定性：300℃后才开始分解,在80℃下的溶胀率仅为3.81%,在Fenton试剂中完全溶解时间为352min。ZIF-8和SPEES的质量比为0.4：100的ZIF-8/SPEES-0.4复合膜具有最高的质子传导性能,在80℃、90% RH下,它的质子传导率高达0.042 S·cm-1,大于相同条件下纯SPEES膜的0.027 S·cm-1。将ZIF-67与磺化度为52%的SPEES复合得到的ZIF-67/SPEES复合膜具有较好的热力学和化学稳定性,并且没有出现明显的微相分离。其中ZIF-67和SPEES的质量比为0.3：100的ZIF-67/SPEES-0.3复合膜在80℃、90% RH下的质子传导率可以达到0.07 S·cm-1。最后,将含有大量亲水基团的氧化石墨(GO)复合到上述材料中,得到ZIF-67/GO/SPEES复合膜,不但提高了质子传导率,而且也提高了膜的稳定性。当ZIF-67/GO和SPEES的质量比为1：100的ZIF-67/GO/SPEES-1复合膜在80℃、90% RH下的质子传导率进一步提高到0.084 S·cm-1。
【关键词】：聚(1 4-亚苯基醚-醚-砜) 沸石咪唑酯骨架结构 氧化石墨 质子交换膜 质子传导率
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM911.4;TB383.2
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-29
• 1.1 引言15
• 1.2 质子交换膜燃料电池15-18
• 1.2.1 质子交换膜燃料电池的发展16
• 1.2.2 质子交换膜燃料电池的工作原理16-17
• 1.2.3 质子交换膜燃料电池的特点17-18
• 1.3 质子交换膜研究进展18-26
• 1.3.1 全氟磺酸膜18-22
• 1.3.2 全氟磺酸膜的改性22
• 1.3.3 磺化聚醚醚酮膜22-24
• 1.3.4 聚苯并咪唑膜24-25
• 1.3.5 磺化聚(1,4-亚苯基醚-醚-砜)膜25-26
• 1.4 金属有机骨架26-27
• 1.5 氧化石墨27-28
• 1.6 课题研究思路和研究内容28-29
• 1.6.1 课题研究意义28
• 1.6.2 课题研究思路28
• 1.6.3 课题主要研究内容28-29
• 第二章 ZIF-8/SPEES复合质子交换膜的制备与表征29-49
• 2.1 引言29
• 2.2 实验药品与仪器29-30
• 2.3 复合质子交换膜的制备30-32
• 2.4 表征与测试32-36
• 2.4.1 红外光谱分析32
• 2.4.2 X-射线衍射32-33
• 2.4.3 热稳定性33
• 2.4.4 离子交换容量测试33
• 2.4.5 吸水率和溶胀率测试33-34
• 2.4.6 化学稳定性测试34
• 2.4.7 质子传导率测试34-36
• 2.5 结果与讨论36-47
• 2.5.1 红外光谱分析36-37
• 2.5.2 X-射线衍射37-38
• 2.5.3 热稳定性38-40
• 2.5.4 离子交换容量40-41
• 2.5.5 吸水率与溶胀率41-43
• 2.5.6 化学稳定性43-44
• 2.5.7 质子传导性能44-47
• 2.6 本章小结47-49
• 第三章 ZIF-67/SPEES复合质子交换膜的制备与表征49-65
• 3.1 引言49
• 3.2 实验药品与仪器49-51
• 3.3 复合质子交换膜的制备51-52
• 3.4 结果与讨论52-63
• 3.4.1 红外光谱分析52-53
• 3.4.2 X-射线衍射53-54
• 3.4.3 热稳定性54-56
• 3.4.4 离子交换容量56-57
• 3.4.5 吸水率与溶胀率57-59
• 3.4.6 化学稳定性59-60
• 3.4.7 质子传导性能60-63
• 3.5 本章小结63-65
• 第四章 ZIF-67/GO/SPEES复合质子交换膜的制备与表征65-83
• 4.1 引言65
• 4.2 实验药品与仪器65-67
• 4.3 复合质子交换膜的制备67-68
• 4.4 结果与讨论68-81
• 4.4.1 红外光谱分析68-70
• 4.4.2 X-射线衍射70-71
• 4.4.3 热稳定性71-73
• 4.4.4 离子交换容量73-74
• 4.4.5 吸水率与溶胀率74-76
• 4.4.6 化学稳定性76-77
• 4.4.7 质子传导性能77-81
• 4.5 本章小结81-83
• 第五章 结论83-85
• 参考文献85-91
• 致谢91-93
• 作者及导师简介93-94
• 附件94-95

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 邓玲娟;;氧化石墨的制备与表征[J];实验室科学;2015年01期

2 王海鹏;王海人;屈钧娥;曹志勇;;质子交换膜燃料电池双极板的研究进展[J];材料研究与应用;2014年04期

3 周道武;李海滨;谢强;邸志岗;陈小晶;;基于P_2O_5/SiO_2与磺化聚醚醚酮合成的无机/有机复合质子交换膜[J];材料导报;2014年06期

4 丁璐;潘一;杨双春;;质子交换膜燃料电池膜电极关键材料研究进展[J];山东科学;2013年02期

5 马宁;蔡芳昌;殷浩;张红星;蒋涛;;交流阻抗法测试质子交换膜电导率的影响因素[J];高分子材料科学与工程;2012年11期

6 聂明;张连营;李庆;何璧;;质子交换膜燃料电池研究现状[J];表面技术;2012年03期

7 葛轶;王力;;质子交换膜燃料电池技术[J];水雷战与舰船防护;2012年02期

8 苏静;;基于聚苯并咪唑PBI的质子交换膜[J];科技传播;2012年05期

9 伍艳辉;邵一凡;张惠敏;张海峰;;质子交换膜中质子传递机理研究进展[J];电源技术;2010年11期

10 ;Organic ammonium ion-occluded flexible coordination polymers:Thermal activation,structure transformation and proton transfer[J];Science China(Chemistry);2010年10期

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本文编号：298802