基于配位聚合物质子传导材料制备与性质研究

发布时间：2018-04-18 12:55

  本文选题：多孔配位聚合物 + 金属有机骨架　； 参考：《东北师范大学》2017年硕士论文

【摘要】：质子交换膜燃料电池由于其能量转化效率高,噪音低,污染小,便携等优势得到了越来越广泛的关注。而商用质子交换膜——全氟磺酸膜由于其造价昂贵,制约着质子交换膜燃料电池的广泛应用。因此,新型质子传输材料的开发成为这一领域的重点。配位聚合物作为新兴的多孔固态电解质,具有微观有序的三维孔道,并且尺寸可调,功能化选择多样,所以作为质子传导材料具有很好的潜质。本文首先合成了含水簇化合物的配位聚合物Zn2-(H2O)12并用压片法通过交流阻抗谱图研究了它的质子传导行为。在没有添加其它质子源的情况下,在90℃,95%相对湿度条件下的质子传导率达到了4.88×10-3 S·cm-1。Zn2-(H2O)12水簇自身的紧密排布形态,增加了对配位聚合物内部孔道空间的利用率,对在温度较高的条件下提升质子浓度和载体浓度都具有积极作用,并且由于该化合物孔道的三维联通性,对以Vehicle机理进行的质子传输活动有很大的促进作用;另外紧密的排布使水簇在b轴向上形成了长程的氢键网络连接,故而以Grotthuss机理进行的质子传导也得到了提升。此项研究表明,提升多孔配位聚合无材料的质子传导性能不仅需要合理的对于骨架和客体分子的双向设计选择,还需要充分使客体分子的排布更加紧密,填充方式更加合理,才能够最大化发挥客体分子的质子传导能力。多酸由于廉价,酸性强等特点可以成为很好的质子载体。而多酸作为客体添加到金属有机骨架当中的案例已有报道。多酸自身的酸性和金属有机骨架对多酸的保留能力使得二者相互之间有所协同,用于质子传导性能研究具有一定前景。本文选择NENU-5为研究对象,初步探索了进一步添加小的质子载体分子对NENU-5化合物质子传导性能的提升条件。通过改变添加客体分子的pH条件,合理分布碱性小分子客体,我们发现通过添加NH3分子,该化合物质子传导率达到了2.38×10-4S·cm-1。研究表明,多酸在金属有机骨架当中移动性差,质子传导能力受到限制,通过添加小分子质子载体分子,使其围绕在多酸阴离子周围,有效的提升了多酸-金属有机骨架的质子传导性能。
[Abstract]:Proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) have attracted more and more attention due to their high energy conversion efficiency, low noise, low pollution and portability.Because of its high cost, commercial proton exchange membrane-perfluorosulfonic acid membrane restricts the wide application of proton exchange membrane fuel cells.Therefore, the development of new proton transport materials has become the focus of this field.As a new porous solid electrolyte, the coordination polymer has a micro-ordered three-dimensional pore, adjustable size, and a variety of functional selection, so it has a good potential as a proton conduction material.In this paper, the coordination polymer Zn2-(H2O)12 has been synthesized and its proton conduction behavior has been studied by means of AC impedance spectroscopy.Without the addition of other proton sources, the proton conductivity at 90 鈩，

本文编号：1768465