多巴胺原位聚合掺杂季铵化聚砜膜的制备与性能

发布时间：2020-03-26 20:01

【摘要】：氢氧根离子交换膜燃料电池(HEMFCs)因具有较低的催化剂要求、简单的水管理、低燃料渗透率及广泛的燃料来源等优点而受到广泛的关注。但其功率密度仍无法商满足商业要求。其中最主要的原因是其核心组件氢氧根离子交换膜(HEM)的氢氧根的传导率(HC)较低。而直接提高离子交换基团密度是直接提高氢氧根的传导率最为常用的方法之一。但是,这种方法经常会使膜产生过多的吸水量,进而使膜的尺寸急剧增加,膜的机械性能下降。因此,本文聚砜(PSf)为基材,通过均相季铵化反应制备了不同取代度的三甲胺季铵化聚砜(PSf-QaCl),并在其成膜过程中通过多巴胺原位聚合构建了半互穿式网络结构,限制聚砜主链的移动,提高HEM的耐溶胀性能。首先,制备了不同取代度的三甲胺季铵化聚砜碱性膜(PSf-QaOH)。并对其进行了核磁、红外和实际离子交换容量(IEC)的测定。测试结果表明,PSf-QaOH膜的成功制备。此外,发现理论IEC为1.50 mmol g~(-1)的三甲胺季铵化聚砜膜在20℃时具有较高的传导率30 mS cm~(-1),但在碱性燃料电池工作温度60℃时膜的溶胀率高达76%,尺寸稳定性下降严重,使其失去应用价值。因此,为了提高其耐溶胀性能,在成膜过程中通过多巴胺(DA)的原位聚合制备了聚多巴胺构筑的半互穿式网络结的PSf-QaOH(PSf-QaOH/PDA)。红外和扫描电镜测定的结果表明:DA原位聚合掺杂能够与PSf-QaOH形成半互穿网络结构。此外,聚多巴胺掺杂的季铵化聚砜膜具有优良的高温耐溶胀性。以取代度为78%的PSf-QaOH为例,当多巴胺质量分数为0.09时,添加DA进行原位聚合掺杂后,膜在60℃的溶胀率为42.0%。尽管PSf-QaOH/PDA膜具有较好的高温耐溶胀性,但其氢氧根离子传导率有一定的衰减。针对上述问题,含有金属离子的聚多巴胺掺杂的季铵化聚砜膜(M-PSf-QaOH/PDA)被制备。测试结果表明:含有金属离子的膜具有较高的传导率和良好耐溶胀性,如,当W_(DA)为0.09,R_(F/D)为0.3时,M-PSf-QaOH/PDA 84%传导率为65.4 mS cm~(-1)(60℃),溶胀率为40.8%(60℃);
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ425.236;TM911.4

【参考文献】