四氮唑功能化石墨烯及复合质子交换膜的制备与性能研究

发布时间：2022-02-19 09:33

　　全氟乙烯磺酸膜（Nafion膜）由于存在水依赖性强、工作温度低等缺点,限制了其在燃料电池中的商业应用。因此,开发具有原生质子传导性且对水依赖性小的新型质子交换膜备受青睐。本文采用硅氧烷为前驱体,经缩合、溶胶-凝胶法制备出自支撑膜。其次,采用改进Hummers法,石墨粉经强氧化作用和超声机械剥离制备氧化石墨烯（GO）,掺杂功能化石墨烯,原位聚合制备出复合质子交换膜。具体工作如下:首先,缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（GPTMS）与5-氨基四氮唑（5-ATZ）缩合生成单体GPTMS-TZ。在乙醇中,以GPTMS、GPTMS-TZ、磷酸和盐酸为原料,通过溶胶-凝胶法原位聚合形成了以“Pseudo-PEO”为主链的膜,即Self-Standing膜,为分析其结构性能进行了DSC、SEM、FT-IR、XPS、XRD、TG-DTG、²⁹Si CP MAS NMR和³¹P CP MAS NMR等技术表征。采用电化学交流阻抗法研究了该膜的质子传导性。结果表明:当n（H₃PO₄）:n（GPTMS-TZ）=3时,干态下,... 

【文章来源】：郑州大学河南省211工程院校

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 燃料电池中质子交换膜的工作原理
    1.3 质子交换膜的研究进展
        1.3.1 全氟磺酸膜
        1.3.2 非全氟膜
        1.3.3 非氟类聚合物膜
        1.3.4 新型高温无水膜
    1.4 氧化石墨烯的研究进展
        1.4.1 共价键合功能化修饰
        1.4.2 非共价键合功能化修饰
    1.5 GO/高分子复合膜的研究进展
        1.5.1 GO/高分子复合膜的制备方法
        1.5.2 GO改性Nafion膜和非氟类聚合物膜
    1.6 溶胶-凝胶法制备Self-standing膜
    1.7 课题的设计思路和研究内容
        1.7.1 课题的设计思路
        1.7.2 课题的主要研究内容
2 含四唑基无水质子交换膜的制备及其性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验原料及仪器
        2.2.2 实验装置
        2.2.3 质子交换膜的制备
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 红外光谱分析(FT-IR)
        2.3.2 核磁共振分析(NMR)
        2.3.3 膜的外观
        2.3.4 扫描电子显微镜(SEM)
        2.3.5 X射线衍射分析(XRD)
        2.3.6 热性能分析
        2.3.7 X射线光电子能谱(XPS)
        2.3.8 质子传导率
        2.3.9 质子传导机理
    2.4 本章小结
3 氨基四唑对氧化石墨烯进行修饰改性
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验原料及仪器
        3.2.2 实验原理图
        3.2.3 实验步骤
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 傅里叶变换红外光谱分析(FT-IR)
        3.3.2 NMR谱图
        3.3.3 X射线衍射谱图(XRD)
        3.3.4 Raman光谱
        3.3.5 高分辨透射电子显微镜(TEM)
        3.3.6 扫描电子显微镜(SEM)
        3.3.7 热重分析(TG)
        3.3.8 X射线光电子能谱(XPS)
        3.3.9 紫外可见(UV-vis)
        3.3.10 杂化材料的分散性
    3.4 本章小结
4 质子交换膜电导率交流阻抗谱实验研究
    4.1 引言
    4.2 交流阻抗谱测量PEMFC电导率的理论依据
    4.3 实验部分
        4.3.1 实验原料及仪器
        4.3.2 测试装置搭建
        4.3.3 溶胶-凝胶法制备复合质子交换膜
        4.3.4 质子交换膜电导率的测定
    4.4 结果与讨论
        4.4.1 复合膜的电导率
    4.5 本章小结
5 结论
参考文献
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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本文编号：3632658