氧化石墨烯量子点/聚丙烯腈纳米纤维复合质子交换膜的制备及其性能

发布时间：2021-07-24 12:36

　　为提高全氟磺酸（Nafion）膜的质子传导率和尺寸稳定性,利用静电纺丝技术制备了氧化石墨烯量子点（GOQDs）/聚丙烯腈（PAN）纳米纤维膜,并通过Nafion溶液浸渍法制备了纳米纤维复合质子交换膜。借助扫描电子显微镜、共聚焦显微镜、热重分析仪和X射线衍射仪等对纳米纤维及复合膜的结构和性能进行表征。结果表明:GOQDs在PAN纳米纤维中均匀分布,GOQDs的加入减小了纳米纤维的直径;纳米纤维形成三维网络结构,对复合膜起到了骨架支撑作用,提高了复合膜的尺寸稳定性,同时提高了复合膜的热稳定性和吸水性; GOQDs质量分数的增加提高了复合膜的质子传导率,80℃时复合膜的质子传导率最高可达0. 182 S/cm。 

【文章来源】：纺织学报. 2020,41(06)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

PAN-GOQDs/Nafion复合质子交换膜的制备过程

图2为PAN和PAN-GOQDs纳米纤维的扫描电子显微镜照片。可以看出，纳米纤维表面光滑，成纤状态良好，纤维间相互缠结形成稳定的三维网络结构。PAN、PAN-GOQDs1、PAN-GOQDs2、PAN-GOQDs3纳米纤维的直径分布分别为141～341、141～292、55～208、24～187 nm，表明GOQDs的加入使纤维直径减小，且纤维平均直径随GOQDs质量分数的增大而减小。2.2 改性Nafion复合质子交换膜结构分析

图3为Nafion复合质子交换膜的表面及断面扫描电镜照片。从图3(a)可看出，复合质子交换膜表面致密光滑无明显缺陷;图3(b)～(d)显示复合质子交换膜的断面致密无孔洞，纳米纤维均匀嵌入在Nafion基质中，表明纳米纤维与基体之间具有良好的界面相容性。为研究GOQDs在纳米纤维及复合质子交换膜中的分布情况，以PAN-GOQDs2及PAN-GOQDs2/Nafion为例进行共聚焦显微镜测试，结果如图4所示。可以看出，PAN-GOQDs2纳米纤维呈红色，这是由于GOQDs在共聚焦显微镜特定波长下可发出红光。共聚焦显微镜照片的整体形貌可说明GOQDs在纳米纤维中分布较均匀，有一定程度聚集;PAN-GOQDs2/Nafion的共聚焦显微镜照片表现出类似的结果，可以说明GOQDs随着纳米纤维在膜内实现了较均匀的分布。


本文编号：3300665