聚苯醚咪唑膜离子通道形貌及OH-传递机理探究

发布时间：2022-07-08 14:28

　　在阴离子交换膜中,氢氧根离子的传递与阳离子官能团的吸引力和氢键网络密切相关。这种关系可能随着膜的含水量的变化而变化。使用分子动力学模拟,探究了不同含水量对聚苯醚接枝咪唑基团（PPO-Im）的阴离子交换膜的影响。增加含水量会增强咪唑基团的水合结构并削弱了咪唑基团对氢氧根离子的吸引力。当咪唑基团的水化层达到饱和时,进一步增加含水量不会增强咪唑基团对氢氧根离子的吸引作用。咪唑基团的水化层达到饱和时,可以在咪唑基团对氢氧根离子的吸引和氢氧根离子在PPO-Im膜中扩散之间取得一个平衡。此外,当咪唑基团的水化层达到饱和时,膜内可以产生贯通膜的亲水通道并保持PPO-Im膜相对较高的机械强度。因此,PPO-Im膜中的含水量应该适中,此时咪唑基团的第一和第二水化层中会分别有两个和八个水分子。含水量会影响阴离子交换膜水通道中氢氧根离子的电导率。通过探究氢氧根离子和水分子的局部结构和对势能,首先确定合理的氢键标准来描述膜中的氢键网络。增加含水量会增强了水和氢氧根离子的水合结构,并促进了氢键网络的断裂和重组。在适中含水量下,水和氢氧根离子的水化层达到饱和,并且产生了连接良好的氢键网络。此外,再增加含水量对氢键... 

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
引言
1 文献综述
    1.1 燃料电池
    1.2 阴离子交换膜燃料电池
    1.3 阴离子交换膜
    1.4 阴离子交换膜中水的作用
    1.5 阴离子交换膜中氢氧根离子传递机理
    1.6 本论文的研究目的及意义
2 咪唑功能化聚苯醚的模型构建与模拟分析方法
    2.1 咪唑功能化聚苯醚的模型构建
    2.2 模拟条件与过程
    2.3 分析方法
    2.4 模型验证
3 PPO-Im膜水通道形貌
    3.1 PPO-Im膜的微观结构
        3.1.1 水通道微观结构
        3.1.2 膜密度
    3.2 PPO-Im膜微相分离结构
    3.3 咪唑基团的吸引作用
    3.4 PPO-Im膜水通道的拓扑结构
    3.5 本章小结
4 OH-在PPO-Im膜内的传递机理
    4.1 OH-在膜内的传递速率
    4.2 水分子和OH-的分布状态
    4.3 氢键判据
    4.4 氢键分析
        4.4.1 氢键统计
        4.4.2 氢键寿命
        4.4.3 氢键状态
    4.5 本章小结
结论
创新点与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3657197