聚芳醚多孔异质膜的跨膜离子传输行为及在盐差发电器件中的应用研究
发布时间：2021-11-15 07:07
“物竞天择,适者生存”,经过长期的进化与选择,自然界中的生命体已经拥有了无与伦比的多级功能结构,以最为高效、灵活的方式完成了物质交换、信息传递和能量转换等复杂多样的生命活动过程,实现了不同的机能。我们在感叹其精妙的同时也在不断学习自然的智慧,从中寻找能够为己所用的灵感。例如,科研人员受荷叶的启发,开发了同样能够“出淤泥而不染”的自清洁表面;受大熊猫牙釉质的启发,构筑了能够自修复的纳米复合材料;受蜻蜓翅痣的启发,优化了能够抗震的飞机机翼平衡重锤结构。“师法自然”已经成为了我们构筑先进高性能材料和器件的最有效途径之一。有鉴于此,近些年来,科研人员受到生命体细胞膜上蛋白质离子通道精确控制离子跨膜传输实现多样功能的启发,开展了关于仿生人工纳米孔道的系列研究,取得了初步的成果,实现了对限域空间内离子运动的智能调控。但是,随着研究的深入,科研人员发现均质纳米孔道体系单一的结构组成限制了其对离子输运的调控效果,若要在均质膜内构筑多级孔道结构则需要高昂的加工成本和繁琐的制备工艺,限制了其实际应用,因此开发新型制备工艺简单、高稳定性的多功能复合异质离子传输膜体系势在必行。综合考虑上述的研究背景,本论文致...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 仿生人工纳米离子通道
1.2.1 纳米孔道设计策略
1.2.2 纳米孔道构筑方法
1.3 纳米限域离子输运的理论基础和经典模型
1.3.1 双电层理论
1.3.2 浓差极化
1.3.3 泳动电势
1.3.4 连续介质动力学
1.3.5 离子整流性的基本理论模型
1.3.5.1 静电刺齿模型
1.3.5.2 Woermann模型
1.3.5.3 基于Poisson-Nernst-Planck(PNP)方程的模型
1.4 纳米孔道基本性质
1.4.1 离子/分子选择性
1.4.2 离子门控性
1.5 纳米孔道研究进展
1.6 纳米孔道的重要应用
1.7 本论文设计思想
1.8 参考文献
第2章 实验试剂与测试方法
2.1 实验原料
2.2 测试方法
2.2.1 核磁共振氢谱测试(~1H NMR)
2.2.2 傅里叶变换红外光谱测试(FT-IR)
2.2.3 热重分析测试(TGA)
2.2.4 X射线衍射(XRD)
2.2.5 场发射扫描电子显微镜(SEM)
2.2.6 透射电子显微镜(TEM)
2.2.7 机械性能
2.2.8 电化学性能测试
2.2.9 仿真模拟
第3章 聚芳醚类离子聚合物的设计、制备及表征
3.1 研究背景
3.2 含高密度磺化六苯基苯侧链的聚芳醚酮离子聚合物的合成及结构表征
3.2.1 单体DF-HS的合成
3.2.2 单体DF-HS的核磁共振表征
3.2.3 聚合物PAEK-HS的合成
3.2.4 聚合物PAEK-HS的核磁共振表征
3.2.5 聚合物PAEK-HS的红外光谱表征
3.3 含吡啶侧链的联苯聚醚砜离子聚合物的合成及结构表征
3.3.1 单体的合成
3.3.1.1 2-(4-吡啶)-1,4-二甲氧基苯(Py-OMe)的合成
3.3.1.2 2-(4-吡啶)-1,4-对苯二酚(Py-OH)的合成
3.3.2 单体的结构表征
3.3.3 聚合物PPSU-Py的合成
3.3.3.1 聚合物Py60 的合成
3.3.3.2 聚合物Py100 的合成
3.3.4 聚合物的结构表征
3.4 聚合物的粘度表征
3.5 本章小结
3.6 参考文献
第4章 pH响应性的聚芳醚/氧化石墨烯多孔异质膜的制备及离子传输性能
4.1 研究背景
4.2 GO/Py-二维/三维多孔异质膜的制备及结构表征
4.2.1 异质膜的制备
4.2.2 GO膜二维孔道的结构表征
4.2.3 PPSU-Py膜的微观形貌表征
4.3 电化学测试装置
4.4 GO/Py-二维/三维多孔异质膜的跨膜离子传输性能研究
4.4.1 pH响应离子门控性质
4.4.2 离子整流性质
4.5 PPSU-Py层与GO层之间的稳定性表征
4.6 盐差发电性能
4.7 本章小结
4.8 参考文献
第5章 聚芳醚Janus多孔膜的离子传输性能及其在高性能盐差发电器件中的应用研究
5.1 研究背景
5.2 聚芳醚Janus多孔膜的制备及结构表征
5.2.1 聚芳醚Janus多孔膜的制备
5.2.2 聚芳醚Janus多孔膜的微观形貌表征
5.3 离子跨膜传输性质研究
5.3.1 电化学测试装置
5.3.2 表面电荷密度
5.3.3 离子整流效应
5.3.3.1 仿真模型的建立
5.3.3.2 纳米孔道内离子整流效果的仿真理论模拟
5.3.4 Janus多孔膜盐差发电的优势方向
5.3.5 电极校正
5.3.6 离子选择性
5.4 盐差发电性能
5.4.1 能量转换效率
5.4.2 Janus多孔膜盐差发电器件的稳定性
5.4.2.1 热稳定性
5.4.2.2 尺寸稳定性
5.4.2.3 机械性能
5.5 本章小结
5.6 参考文献
第6章 结论
个人简介
攻读学位期间发表的学术论文及专利
致谢
本文编号：3496289
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 仿生人工纳米离子通道
1.2.1 纳米孔道设计策略
1.2.2 纳米孔道构筑方法
1.3 纳米限域离子输运的理论基础和经典模型
1.3.1 双电层理论
1.3.2 浓差极化
1.3.3 泳动电势
1.3.4 连续介质动力学
1.3.5 离子整流性的基本理论模型
1.3.5.1 静电刺齿模型
1.3.5.2 Woermann模型
1.3.5.3 基于Poisson-Nernst-Planck(PNP)方程的模型
1.4 纳米孔道基本性质
1.4.1 离子/分子选择性
1.4.2 离子门控性
1.5 纳米孔道研究进展
1.6 纳米孔道的重要应用
1.7 本论文设计思想
1.8 参考文献
第2章 实验试剂与测试方法
2.1 实验原料
2.2 测试方法
2.2.1 核磁共振氢谱测试(~1H NMR)
2.2.2 傅里叶变换红外光谱测试(FT-IR)
2.2.3 热重分析测试(TGA)
2.2.4 X射线衍射(XRD)
2.2.5 场发射扫描电子显微镜(SEM)
2.2.6 透射电子显微镜(TEM)
2.2.7 机械性能
2.2.8 电化学性能测试
2.2.9 仿真模拟
第3章 聚芳醚类离子聚合物的设计、制备及表征
3.1 研究背景
3.2 含高密度磺化六苯基苯侧链的聚芳醚酮离子聚合物的合成及结构表征
3.2.1 单体DF-HS的合成
3.2.2 单体DF-HS的核磁共振表征
3.2.3 聚合物PAEK-HS的合成
3.2.4 聚合物PAEK-HS的核磁共振表征
3.2.5 聚合物PAEK-HS的红外光谱表征
3.3 含吡啶侧链的联苯聚醚砜离子聚合物的合成及结构表征
3.3.1 单体的合成
3.3.1.1 2-(4-吡啶)-1,4-二甲氧基苯(Py-OMe)的合成
3.3.1.2 2-(4-吡啶)-1,4-对苯二酚(Py-OH)的合成
3.3.2 单体的结构表征
3.3.3 聚合物PPSU-Py的合成
3.3.3.1 聚合物Py60 的合成
3.3.3.2 聚合物Py100 的合成
3.3.4 聚合物的结构表征
3.4 聚合物的粘度表征
3.5 本章小结
3.6 参考文献
第4章 pH响应性的聚芳醚/氧化石墨烯多孔异质膜的制备及离子传输性能
4.1 研究背景
4.2 GO/Py-二维/三维多孔异质膜的制备及结构表征
4.2.1 异质膜的制备
4.2.2 GO膜二维孔道的结构表征
4.2.3 PPSU-Py膜的微观形貌表征
4.3 电化学测试装置
4.4 GO/Py-二维/三维多孔异质膜的跨膜离子传输性能研究
4.4.1 pH响应离子门控性质
4.4.2 离子整流性质
4.5 PPSU-Py层与GO层之间的稳定性表征
4.6 盐差发电性能
4.7 本章小结
4.8 参考文献
第5章 聚芳醚Janus多孔膜的离子传输性能及其在高性能盐差发电器件中的应用研究
5.1 研究背景
5.2 聚芳醚Janus多孔膜的制备及结构表征
5.2.1 聚芳醚Janus多孔膜的制备
5.2.2 聚芳醚Janus多孔膜的微观形貌表征
5.3 离子跨膜传输性质研究
5.3.1 电化学测试装置
5.3.2 表面电荷密度
5.3.3 离子整流效应
5.3.3.1 仿真模型的建立
5.3.3.2 纳米孔道内离子整流效果的仿真理论模拟
5.3.4 Janus多孔膜盐差发电的优势方向
5.3.5 电极校正
5.3.6 离子选择性
5.4 盐差发电性能
5.4.1 能量转换效率
5.4.2 Janus多孔膜盐差发电器件的稳定性
5.4.2.1 热稳定性
5.4.2.2 尺寸稳定性
5.4.2.3 机械性能
5.5 本章小结
5.6 参考文献
第6章 结论
个人简介
攻读学位期间发表的学术论文及专利
致谢
本文编号：3496289
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