UIO-66及其衍生物/聚苯并咪唑复合质子交换膜的制备与性能研究

发布时间：2023-01-11 04:50

　　磷酸掺杂聚苯并咪唑膜材料由于具有卓越的稳定性、高的机械强度,同时在高磷酸掺杂条件下还具有较高的质子传导率,被认为是最具潜力的高温质子交换膜（HT-PEM）材料。然而,在高磷酸掺杂条件下,聚苯并咪唑膜的机械性能急剧降低,同时膜中吸附的磷酸容易流失,影响质子交换膜燃料电池的性能和使用寿命。因此,如何在获得具有高质子传导率的同时改善高磷酸掺杂对聚苯并咪唑膜带来的负面影响,是磷酸掺杂聚苯并咪唑高温质子交换膜材料目前亟需解决的问题。金属有机框架材料（Metal organic frameworks,MOFs）,一种新兴的有机-无机多孔材料,在众多领域均具有巨大的发展潜力。在质子交换膜领域,由于MOFs具有高的孔隙率和结构可设计性,在基于合适的配体选择和在孔隙中封装质子载体后,可以在质子交换膜中形成质子传输通道,改善质子传输过程,从而获得较高的质子传导率。基于此,本文利用Zr系MOFs材料UIO-66（对苯二甲酸作为有机配体）及其衍生物在聚苯并咪唑基体构建质子传输通道,期望获得在较低磷酸掺杂条件下仍具备高质子传导率的聚苯并咪唑膜材料,从而改善高磷酸掺杂对聚苯并咪唑膜带来的负面效果。具体研究内容如下... 

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 燃料电池
    1.2 质子交换膜燃料电池
    1.3 质子交换膜
        1.3.1 低温质子交换膜
        1.3.2 高温质子交换膜
    1.4 磷酸掺杂聚苯并咪唑型高温质子交换膜
        1.4.1 磷酸掺杂聚苯并咪唑中的质子传输机制
        1.4.2 磷酸掺杂聚苯并咪唑膜材料面临的挑战
    1.5 磷酸掺杂聚苯并咪唑膜的改性研究
        1.5.1 高磷酸掺杂的聚苯并咪唑膜材料的改性研究
        1.5.2 低磷酸掺杂的聚苯并咪唑膜材料的改性研究
    1.6 金属有机框架复合型质子交换膜
        1.6.1 MOFs基复合膜的研究现状
        1.6.2 MOFs基复合膜中质子传输通道的构建
    1.7 本论文的研究目的与意义、研究内容
        1.7.1 研究目的与意义
        1.7.2 研究内容
第2章 实验部分
    2.1 实验仪器和药品
        2.1.1 实验仪器
        2.1.2 实验试剂
    2.2 结构与性能表征
第3章 UIO-66/聚苯并咪唑复合型质子交换膜的制备和性能研究
    3.1 前言
    3.2 实验部分
        3.2.1 UIO-66的制备
        3.2.2 聚醚性聚苯并咪唑的合成
        3.2.3 UIO-66@OPBI复合膜的制备及磷酸掺杂
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 UIO-66的结构表征
        3.3.2 UIO-66@OPBI复合膜的XRD表征
        3.3.3 UIO-66@OPBI复合膜的SEM表征
        3.3.4 UIO-66@OPBI复合膜热性能表征
        3.3.5 UIO-66@OPBI复合膜的磷酸掺杂和机械性能
        3.3.6 UIO-66@OPBI的质子传导率和质子传输行为
        3.3.7 电池性能测试和耐久性试
    3.4 小结
第4章 不同比例有机磷酸配体改性的A:B-PA-UIO-66/聚苯并咪唑质子交换膜的制备和性能研究
    4.1 前言
    4.2 实验部分
        4.2.1 A:B-PA-UIO-66 的合成
        4.2.2 聚醚性聚苯并咪唑的合成
        4.2.3 A:B-PA-UIO-66@OPBI复合膜的制备及磷酸掺杂
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 A:B-PA-UIO-66 的结构表征
        4.3.2 A:B-PA-UIO-66 的比表面积和孔径分布
        4.3.3 A:B-PA-UIO-66的EDS表征
        4.3.4 A:B-PA-UIO-66的TGA表征
        4.3.5 A:B-PA-UIO-66@OPBI的 SEM和 EDS表征
        4.3.6 A:B-PA-UIO-66@OPBI的磷酸掺杂和机械性能表征
        4.3.7 A:B-PA-UIO-66@OPBI的质子传导率
        4.3.8 A:B-PA-UIO-66@OPBI的电池性能测试和耐久性测试
    4.4 小结
第5章 不同有机磷酸配体改性的X-PA-UIO-66/聚苯并咪唑质子交换膜的质子和性能研究
    5.1 前言
    5.2 实验部分
        5.2.1 X-PA-UIO-66 的合成
        5.2.2 聚醚性聚苯并咪唑的合成
        5.2.3 X-PA-UIO-66@OPBI膜的制备和磷酸掺杂
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 X-PA-UIO-66 的结构性能表征
        5.3.2 X-PA-UIO-66@OPBI复合膜的性能表征
        5.3.3 X-PA-UIO-66@OPBI膜中的质子传导机制研究
    5.4 小结
第6章 总结
参考文献
指导教师对研究生学位论文的学术评语
答辩委员会决议书
致谢
攻读硕士学位期间的研究成果



本文编号：3729445