多咪唑阳离子功能化苯并降冰片二烯三嵌段共聚物及其自交联碱性阴离子交换膜的制备与燃料电池的应用性能
发布时间：2020-12-21 02:32
碱性阴离子交换膜燃料电池（AAEMFCs）因其在碱性条件下更快的阴极氧还原动力学和非贵重金属催化剂的使用等优点而被广泛研究。阴离子交换膜（AEM）作为AAEMFCs的重要组成部分,起着阻隔燃料和氧化剂,同时传导阴离子和水分子的作用。然而,在保持高离子交换容量和尺寸稳定性之间的平衡的同时获得较好的耐碱稳定性和高的离子传导率仍然是一个挑战。离子传导率是AEM的一个重要的参数,离子传导率的高低和离子交换能力、水含量和离子交换容量（IEC）有关。膜的碱性稳定性是评价其应用性能的另外一个重要参数,耐碱稳定性的好坏和聚合物的化学结构有关。为了制备高离子传导率和较好耐碱稳定性同时尺寸稳定性良好的AEM,本文设计合成了两种基于开环易位型（ROMP）苯并降冰片二烯的多咪唑阳离子功能化自交联型三嵌段共聚物膜。通过苯并降冰片二烯衍生物单体的双侧链结构引进多咪唑阳离子,同时通过嵌段聚合方式及主侧链亲水/疏水结构的设计来构建微相分离结构以提高AEM的离子传导率。全碳的主链结构以及碱性条件下的自交联结构保证了 AEM的尺寸稳定性和耐碱稳定性。具体工作如下:（1）合成了几种不同的卤代苯并降冰片二烯单体。用1,2-二...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＰＥＭＦＣ和ＡＥＭＦＣ的结构示意图
?第一章引言???ＯＨ??々。－—??＾－Ｎ?ｔ．?－?Ｎ?．??！?，丨、??〇Ｈ?Ｆ?Ｆ?〇Ｈ?ＯＨ?，〇？＇??－＜＾〇－??－ｒ?个?个?个??ｌｅｓｓ?ｓｔａｂｌｅ?＾?？?ｍｏｒｅ?ｓｔａｂｌｅ??图１．３含杂原子聚合物主链的降解机理。??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?ｔｈｅ?ｃｌｅａｖａｇｅ?ｏｆ?ａｒｙｌ?ｅｔｈｅｒ?ｂａｃｋｂｏｎｅ．??除了聚合物主链，起阴离子传导作用的阳离子功能基团是ＡＥＭ的另外一个??重要组成。目前，己经有很多种类型的阳离子基团应用到了?ＡＥＭ。主要阳离子??功能基团有以下几种：季铵离子［２９，３（）］、咪唑离子［３１，３２］、吡啶离子［３３］、胍基离子??［３４］、季硫离子［３５］、季磷离子［３６］、吗啉离子［３７］、三唑鎗离子［３８］以及金属阳离子为??中心的离子传导基团［３９，４（）］，具体见图１．４。其中季铵离子和咪唑离子是目前研宄??最多的两个种阳离子。季铵离子因为其较高的传导率而被广泛研宄，然而，季??铵离子在热碱性条件下容易发生Ｈｏｆｔｎａｎｎ消除反应和亲核取代反应而降解，从??而降低了?ＡＥＭ的性能。而咪唑基团上存在Ｔｔ－Ｔｉ共轭结构，由于正电荷的离域，??正电荷被分散，从而减弱了?ＯＩＴ的进攻，因而有较好的碱性稳定性。严峰等［３１］??对咪唑离子的耐碱稳定性进行了研宄，研宄表明Ｃ２位置被取代的咪唑阳离子有??较好的耐碱稳定性。基于上述结果，本文将以Ｃ２位置被取代的咪唑阳离子为离??子传导基团。除了聚合物骨架和阳离子基团，可移动的阴离子也是阴离子交换??膜工作不可缺少的一部分。当前，以ＯＩＴ离子为传导电荷的碱性阴离子交换膜??（
膜电极。将膜电极放入单电池中，单电池??组装完成。通过国产的昆山桑莱特Ｈ２／０２燃料电池测试系统测试其单电池性能。??电池测试温度为６０?°Ｃ，湿度为１００％，其中Ｈ２和０２气流为２００?ｍＬ?ｍｉｎ＇??２．４结果与讨论??２．４．１单体和聚合物的结构??＇在ｄ??３?Ｃ??Ｉ?ｅ??Ｊｕｌ?ＪＵｌ．?．?ｉｌ?Ｉ，??７．５?７．０?６．５?６．０?５．５?５．０?４．５?４．０?３．５?３．０?２．５?２．０?１．５?１．０?０．５?０．０??６?（ｐｐｍ）??图２．３降冰片烯并环己二酮单体（ＮＢ－Ｄｉｏｎｅ）的１ＨＮＭＲ。??Ｆｉｇｕｒｅ?２．３?＇Ｈ?ＮＭＲ?ｓｐｅｃｔｒａ?ｏｆ?ＮＢ－Ｄｉｏｎｅ?ｍｏｎｏｍｅｒ．??新解聚的环戊二烯和１，４－苯醌在低温条件下通过Ｄｉｅｌｓ－Ａｌｄｅｒ加成反应合成??了?ＮＢ－Ｄｉｏｎｅ单体。图２．３是ＮＢ－Ｄｉｏｎｅ单体的巾ＭＮＲ曲线。其中６．５１?ｐｐｍ处??为Ｃ＝Ｃ双键Ｈａ处的化学位移，而６．０?ｐｐｍ处为Ｃ＝Ｃ双键Ｈｂ处的化学位移。??１．３５－１．５５?ｐｐｍ为降冰片炼桥上Ｈｅ处的氧的化学位移，３．１８?ｐｐｍ和３．４９?ｐｐｍ为??１＾和Ｈ。处的化学位移。上述结果表明ＮＢ－Ｄｉｏｎｅ单体成功合成。??２４??
本文编号：2929019
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＰＥＭＦＣ和ＡＥＭＦＣ的结构示意图
?第一章引言???ＯＨ??々。－—??＾－Ｎ?ｔ．?－?Ｎ?．??！?，丨、??〇Ｈ?Ｆ?Ｆ?〇Ｈ?ＯＨ?，〇？＇??－＜＾〇－??－ｒ?个?个?个??ｌｅｓｓ?ｓｔａｂｌｅ?＾?？?ｍｏｒｅ?ｓｔａｂｌｅ??图１．３含杂原子聚合物主链的降解机理。??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?ｔｈｅ?ｃｌｅａｖａｇｅ?ｏｆ?ａｒｙｌ?ｅｔｈｅｒ?ｂａｃｋｂｏｎｅ．??除了聚合物主链，起阴离子传导作用的阳离子功能基团是ＡＥＭ的另外一个??重要组成。目前，己经有很多种类型的阳离子基团应用到了?ＡＥＭ。主要阳离子??功能基团有以下几种：季铵离子［２９，３（）］、咪唑离子［３１，３２］、吡啶离子［３３］、胍基离子??［３４］、季硫离子［３５］、季磷离子［３６］、吗啉离子［３７］、三唑鎗离子［３８］以及金属阳离子为??中心的离子传导基团［３９，４（）］，具体见图１．４。其中季铵离子和咪唑离子是目前研宄??最多的两个种阳离子。季铵离子因为其较高的传导率而被广泛研宄，然而，季??铵离子在热碱性条件下容易发生Ｈｏｆｔｎａｎｎ消除反应和亲核取代反应而降解，从??而降低了?ＡＥＭ的性能。而咪唑基团上存在Ｔｔ－Ｔｉ共轭结构，由于正电荷的离域，??正电荷被分散，从而减弱了?ＯＩＴ的进攻，因而有较好的碱性稳定性。严峰等［３１］??对咪唑离子的耐碱稳定性进行了研宄，研宄表明Ｃ２位置被取代的咪唑阳离子有??较好的耐碱稳定性。基于上述结果，本文将以Ｃ２位置被取代的咪唑阳离子为离??子传导基团。除了聚合物骨架和阳离子基团，可移动的阴离子也是阴离子交换??膜工作不可缺少的一部分。当前，以ＯＩＴ离子为传导电荷的碱性阴离子交换膜??（
膜电极。将膜电极放入单电池中，单电池??组装完成。通过国产的昆山桑莱特Ｈ２／０２燃料电池测试系统测试其单电池性能。??电池测试温度为６０?°Ｃ，湿度为１００％，其中Ｈ２和０２气流为２００?ｍＬ?ｍｉｎ＇??２．４结果与讨论??２．４．１单体和聚合物的结构??＇在ｄ??３?Ｃ??Ｉ?ｅ??Ｊｕｌ?ＪＵｌ．?．?ｉｌ?Ｉ，??７．５?７．０?６．５?６．０?５．５?５．０?４．５?４．０?３．５?３．０?２．５?２．０?１．５?１．０?０．５?０．０??６?（ｐｐｍ）??图２．３降冰片烯并环己二酮单体（ＮＢ－Ｄｉｏｎｅ）的１ＨＮＭＲ。??Ｆｉｇｕｒｅ?２．３?＇Ｈ?ＮＭＲ?ｓｐｅｃｔｒａ?ｏｆ?ＮＢ－Ｄｉｏｎｅ?ｍｏｎｏｍｅｒ．??新解聚的环戊二烯和１，４－苯醌在低温条件下通过Ｄｉｅｌｓ－Ａｌｄｅｒ加成反应合成??了?ＮＢ－Ｄｉｏｎｅ单体。图２．３是ＮＢ－Ｄｉｏｎｅ单体的巾ＭＮＲ曲线。其中６．５１?ｐｐｍ处??为Ｃ＝Ｃ双键Ｈａ处的化学位移，而６．０?ｐｐｍ处为Ｃ＝Ｃ双键Ｈｂ处的化学位移。??１．３５－１．５５?ｐｐｍ为降冰片炼桥上Ｈｅ处的氧的化学位移，３．１８?ｐｐｍ和３．４９?ｐｐｍ为??１＾和Ｈ。处的化学位移。上述结果表明ＮＢ－Ｄｉｏｎｅ单体成功合成。??２４??
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