高性能光交联型聚芳醚砜阴离子交换膜的制备与性能研究
发布时间：2022-08-12 17:17
阴离子交换膜（AEM）的结构和性能直接决定着燃料电池（FC）的性能、能量转化效率和使用寿命,同时对降低电池成本、减少电池内阻等至关重要。目前,AEM的种类很多,但是面临着离子传导率较低和碱性稳定性较差这两大难题。针对于这两个问题,本文设计制备了两大类UV可交联的高季铵化主链型和侧链型的高密度离子簇光敏性聚芳醚砜AEM,并探讨了AEM的结构和交联度等对膜的微相结构和AEM的性能的影响,制备出综合性能良好的AEM。合成了氯甲基化率为200%的聚芳醚砜（CMPSF200）,通过控制4-羟基查尔酮（4-HC）含量,合成了在侧链上部分接入查尔酮的一系列光敏性聚芳醚砜（CMPSF200-HCx）,并通过~1H NMR、FT-IR和UV-Vis对其结构进行表征。CMPSF200-HCx系列聚合物具有良好的光敏性,在340 nm处有最大吸收峰,在UV照射下,在聚合物侧链上查尔酮结构中的>C=C<发生[2+2]光化学反应而形成交联结构,交联度最大可达到82.3%。CMPSF200-HCx聚合物经过季铵化、碱性化制备了一系列高季铵化主链型光交联聚芳醚砜AEM（QCMPSF200-HCx）。再将...
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 燃料电池
1.3 阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)
1.4 阴离子交换膜
1.5 阴离子交换膜的降解
1.5.1 阳离子基团降解
1.5.2 主链骨架的降解
1.6 阴离子交换膜改性
1.6.1 交联改性
1.6.2 引入侧链型阳离子基团
1.6.3 嵌段改性
1.6.4 构建区域高密度离子簇
1.6.5 复合改性
1.6.6 引入金属盐型阳离子基团
1.6.7 聚离子液体阴离子交换膜
1.7 本课题选题意义和创新点
第二章 光敏性聚芳醚砜(CMPSF200-HCx)的合成与表征
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验原料与试剂
2.2.2 表征及测试方法
2.2.3 4-羟基查尔酮(4-HC)的合成
2.2.4 氯甲基化聚芳醚砜(CMPSF200)的合成
2.2.5 光敏性氯甲基化聚芳醚砜(CMPSF200-HCx)的合成
2.3 结果与讨论
2.3.1 4-HC的合成与表征
2.3.2 CMPSF200的合成与表征
2.3.3 CMPSF200-HCx的合成与表征
2.3.4 CMPSF200-HCx的光敏性
2.4 本章小结
第三章 高季铵盐型光敏性聚芳醚砜阴离子交换膜的制备与性能测试
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验原料与试剂
3.2.2 表征及测试方法
3.2.3 QCMPSF200-HCx系列阴离子交换膜的制备
3.2.4 cQCMPSF200-HCx系列阴离子交换膜的制备
3.3 结果与讨论
3.3.1 QCMPSF200-HCx阴离子交换膜的制备与表征
3.3.2 溶解性能测试
3.3.3 IEC值的测定
3.3.4 吸水率与溶胀率的测试
3.3.5 水合常数λ
3.3.6 表面形貌
3.3.7 离子传导率
3.3.8 碱性稳定性
3.3.9 热稳定性
3.3.10 机械性能
3.4 本章小结
第四章 含长烷基链高密度离子簇光敏性聚芳醚砜阴离子交换膜的制备与性能测试
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验原料与试剂
4.2.2 表征及测试方法
4.2.3 离子液体(1-(N',N'-Dimethylamino)-6-(N,N,N-trimethylammonium)dodecane Bromide,NC6NC6Br)的合成
4.2.4 QCMPSF200-HC70-NC6NC6OH阴离子交换膜的制备
4.2.5 cQCMPSF200-HC70-NC6NC6OH交联型阴离子交换膜的制备
4.3 结果与讨论
4.3.0 NC6NC6Br的合成与表征
4.3.1 QCMPSF200-HC70-NC6NC6Br的合成与表征
4.3.2 溶解性能测试
4.3.3 IEC值的测定
4.3.4 吸水率和溶胀率的测试
4.3.5 水合常数λ
4.3.6 表面形貌
4.3.7 离子传导率
4.3.8 碱性稳定性
4.3.9 热稳定性
4.3.10 机械性能
4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
本文编号：3676281
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 燃料电池
1.3 阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)
1.4 阴离子交换膜
1.5 阴离子交换膜的降解
1.5.1 阳离子基团降解
1.5.2 主链骨架的降解
1.6 阴离子交换膜改性
1.6.1 交联改性
1.6.2 引入侧链型阳离子基团
1.6.3 嵌段改性
1.6.4 构建区域高密度离子簇
1.6.5 复合改性
1.6.6 引入金属盐型阳离子基团
1.6.7 聚离子液体阴离子交换膜
1.7 本课题选题意义和创新点
第二章 光敏性聚芳醚砜(CMPSF200-HCx)的合成与表征
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验原料与试剂
2.2.2 表征及测试方法
2.2.3 4-羟基查尔酮(4-HC)的合成
2.2.4 氯甲基化聚芳醚砜(CMPSF200)的合成
2.2.5 光敏性氯甲基化聚芳醚砜(CMPSF200-HCx)的合成
2.3 结果与讨论
2.3.1 4-HC的合成与表征
2.3.2 CMPSF200的合成与表征
2.3.3 CMPSF200-HCx的合成与表征
2.3.4 CMPSF200-HCx的光敏性
2.4 本章小结
第三章 高季铵盐型光敏性聚芳醚砜阴离子交换膜的制备与性能测试
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验原料与试剂
3.2.2 表征及测试方法
3.2.3 QCMPSF200-HCx系列阴离子交换膜的制备
3.2.4 cQCMPSF200-HCx系列阴离子交换膜的制备
3.3 结果与讨论
3.3.1 QCMPSF200-HCx阴离子交换膜的制备与表征
3.3.2 溶解性能测试
3.3.3 IEC值的测定
3.3.4 吸水率与溶胀率的测试
3.3.5 水合常数λ
3.3.6 表面形貌
3.3.7 离子传导率
3.3.8 碱性稳定性
3.3.9 热稳定性
3.3.10 机械性能
3.4 本章小结
第四章 含长烷基链高密度离子簇光敏性聚芳醚砜阴离子交换膜的制备与性能测试
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验原料与试剂
4.2.2 表征及测试方法
4.2.3 离子液体(1-(N',N'-Dimethylamino)-6-(N,N,N-trimethylammonium)dodecane Bromide,NC6NC6Br)的合成
4.2.4 QCMPSF200-HC70-NC6NC6OH阴离子交换膜的制备
4.2.5 cQCMPSF200-HC70-NC6NC6OH交联型阴离子交换膜的制备
4.3 结果与讨论
4.3.0 NC6NC6Br的合成与表征
4.3.1 QCMPSF200-HC70-NC6NC6Br的合成与表征
4.3.2 溶解性能测试
4.3.3 IEC值的测定
4.3.4 吸水率和溶胀率的测试
4.3.5 水合常数λ
4.3.6 表面形貌
4.3.7 离子传导率
4.3.8 碱性稳定性
4.3.9 热稳定性
4.3.10 机械性能
4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
本文编号：3676281
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