耐碱型有机阳离子的分子结构设计及阴离子交换膜制备
发布时间：2023-04-09 01:06
阴离子交换膜是碱性阴离子交换膜燃料电池的重要组成部分,发挥隔绝燃料和氧化剂、传导氢氧根离子等关键作用。理想的阴离子交换膜需要具有优异的碱稳定性、较高的离子电导率、适宜的吸水率、良好的尺寸稳定性和热稳定性等。其中,优异的碱稳定性是保证燃料电池长期稳定运行的关键。目前,阴离子交换膜的使用仍面临碱稳定性差的问题,制约了其在燃料电池中的应用。阴离子交换膜的碱稳定性主要取决于两方面因素:离子基团的稳定性和聚合物骨架的稳定性。本文从改善阴离子交换膜碱稳定性的角度出发,通过对有机阳离子基团进行分子结构设计,系统研究了离子基团结构与碱稳定性的关系,通过聚合物修饰及功能单体聚合等方法制备了多种基于耐碱型离子基团的阴离子交换膜材料,主要研究内容和研究成果如下:1.设计并制备了 13种N1/N2/N3位分别具有不同取代基的胍盐模型化合物(la-1d,2a-2e 及 3a-d)。通过1H NMR 光谱及质谱,研究了在 60℃ 1 mol L-1碱溶液中胍盐模型化合物的降解过程,得到了模型化合物稳定性的相对顺序。研究发现,环丁基的环结构减弱了取代基的运动自由度,降低了空间上的位阻效应,不利于胍盐抵抗氢氧根的进攻...
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 质子交换膜燃料电池及质子交换膜
1.3 碱性阴离子交换膜燃料电池及阴离子交换膜
1.4 阴离子交换膜的制备方法
1.4.1 聚合物修饰法
1.4.2 功能单体聚合法
1.5 阴离子交换膜材料的碱稳定性研究
1.5.1 离子基团的稳定性
1.5.2 聚合物骨架的稳定性
1.6 本论文设计与研究内容
第2章 胍盐离子的结构与稳定性关系及降解机理研究
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 仪器
2.2.2 实验材料
2.2.3 单体的合成
2.2.4 胍盐模型化合物的碱稳定性测试
2.2.5 理论计算
2.3 结果与讨论
2.3.1 胍和胍盐的表征
2.3.2 胍盐离子结构与稳定性的关系
2.3.3 胍盐的降解机理
2.4 本章小结
第3章 基于大位阻胍盐离子的高稳定性聚砜阴离子交换膜的设计与制备
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 仪器
3.2.2 实验材料
3.2.3 胍盐功能化芳基碘单体的典型合成步骤
3.2.4 聚合物的合成
3.2.5 阴离子交换膜的制备
3.2.6 膜的表征
3.3 结果与讨论
3.3.1 胍盐功能化芳基碘单体的表征
3.3.2 聚合物的表征
3.3.3 机械性能
3.3.4 热稳定性
3.3.5 离子交换容量,吸水率,溶胀率和电导率
3.3.6 微观形貌
3.3.7 碱稳定性
3.4 本章小结
第4章 双胍交联型阴离子交换膜材料的设计制备与性能
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 仪器
4.2.2 实验材料
4.2.3 合成双胍交联剂的典型步骤
4.2.4 聚合物及交联膜的制备过程
4.2.5 聚合物和膜的表征
4.3 结果与讨论
4.3.1 小分子模型化合物稳定性分析
4.3.2 双胍交联剂、聚合物及交联膜的表征
4.3.3 离子交换容量、溶胀率和吸水率
4.3.4 交联膜的微观形貌
4.3.5 氢氧根电导率
4.3.6 热稳定性和机械性能
4.3.7 碱稳定性
4.4 本章小结
第5章 具有微嵌段结构的新型胍盐阴离子交换膜的制备
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验材料
5.2.2 中间单体1的合成
5.2.3 共聚单体1的合成
5.2.4 聚合物的合成
5.2.5 阴离子交换膜的制备
5.2.6 聚合物和膜的表征
5.3 结果与讨论
5.3.1 单体与聚合物的表征
5.3.2 离子交换容量,吸水率和溶胀率
5.3.3 膜的形貌与电导率
5.3.4 热稳定性
5.3.5 碱稳定性
5.4 本章小结
第6章 离子化单体聚合制备高碱稳定性聚芳基咪唑鎓盐阴离子交换膜
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 仪器
6.2.2 实验材料
6.2.3 离子化功能单体的合成
6.2.4 均聚物的合成及离子交换
6.2.5 嵌段共聚物和无规共聚物的合成
6.2.6 阴离子交换膜的制备
6.2.7 聚合物和膜的表征
6.3 结果与讨论
6.3.1 咪唑鎓盐离子化单体的表征
6.3.2 均聚物的制备
6.3.3 共聚物的制备
6.3.4 溶解性和机械性能
6.3.5 吸水率、溶胀率、电导率与微观结构
6.3.6 碱稳定性
6.4 本章小结
结论
参考文献
附录
个人简介
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果
本文编号：3786789
【文章页数】：169 页
【学位级别】：博士
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摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 质子交换膜燃料电池及质子交换膜
1.3 碱性阴离子交换膜燃料电池及阴离子交换膜
1.4 阴离子交换膜的制备方法
1.4.1 聚合物修饰法
1.4.2 功能单体聚合法
1.5 阴离子交换膜材料的碱稳定性研究
1.5.1 离子基团的稳定性
1.5.2 聚合物骨架的稳定性
1.6 本论文设计与研究内容
第2章 胍盐离子的结构与稳定性关系及降解机理研究
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 仪器
2.2.2 实验材料
2.2.3 单体的合成
2.2.4 胍盐模型化合物的碱稳定性测试
2.2.5 理论计算
2.3 结果与讨论
2.3.1 胍和胍盐的表征
2.3.2 胍盐离子结构与稳定性的关系
2.3.3 胍盐的降解机理
2.4 本章小结
第3章 基于大位阻胍盐离子的高稳定性聚砜阴离子交换膜的设计与制备
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 仪器
3.2.2 实验材料
3.2.3 胍盐功能化芳基碘单体的典型合成步骤
3.2.4 聚合物的合成
3.2.5 阴离子交换膜的制备
3.2.6 膜的表征
3.3 结果与讨论
3.3.1 胍盐功能化芳基碘单体的表征
3.3.2 聚合物的表征
3.3.3 机械性能
3.3.4 热稳定性
3.3.5 离子交换容量,吸水率,溶胀率和电导率
3.3.6 微观形貌
3.3.7 碱稳定性
3.4 本章小结
第4章 双胍交联型阴离子交换膜材料的设计制备与性能
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 仪器
4.2.2 实验材料
4.2.3 合成双胍交联剂的典型步骤
4.2.4 聚合物及交联膜的制备过程
4.2.5 聚合物和膜的表征
4.3 结果与讨论
4.3.1 小分子模型化合物稳定性分析
4.3.2 双胍交联剂、聚合物及交联膜的表征
4.3.3 离子交换容量、溶胀率和吸水率
4.3.4 交联膜的微观形貌
4.3.5 氢氧根电导率
4.3.6 热稳定性和机械性能
4.3.7 碱稳定性
4.4 本章小结
第5章 具有微嵌段结构的新型胍盐阴离子交换膜的制备
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验材料
5.2.2 中间单体1的合成
5.2.3 共聚单体1的合成
5.2.4 聚合物的合成
5.2.5 阴离子交换膜的制备
5.2.6 聚合物和膜的表征
5.3 结果与讨论
5.3.1 单体与聚合物的表征
5.3.2 离子交换容量,吸水率和溶胀率
5.3.3 膜的形貌与电导率
5.3.4 热稳定性
5.3.5 碱稳定性
5.4 本章小结
第6章 离子化单体聚合制备高碱稳定性聚芳基咪唑鎓盐阴离子交换膜
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 仪器
6.2.2 实验材料
6.2.3 离子化功能单体的合成
6.2.4 均聚物的合成及离子交换
6.2.5 嵌段共聚物和无规共聚物的合成
6.2.6 阴离子交换膜的制备
6.2.7 聚合物和膜的表征
6.3 结果与讨论
6.3.1 咪唑鎓盐离子化单体的表征
6.3.2 均聚物的制备
6.3.3 共聚物的制备
6.3.4 溶解性和机械性能
6.3.5 吸水率、溶胀率、电导率与微观结构
6.3.6 碱稳定性
6.4 本章小结
结论
参考文献
附录
个人简介
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果
本文编号：3786789
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