傅克烷基化/共聚制备咪唑功能化阴离子交换膜
发布时间：2021-08-26 19:16
阴离子交换膜燃料电池氧还原反应（ORR）动力学速率快、可采用非贵金属作为催化剂、成本低,因此成为近年来新型清洁能源的研究热点之一。作为其核心部件的阴离子交换膜需要具有以下性能:具有好的微相分离结构;制备路线绿色环保无毒;膜材料能够溶解在非燃料低毒低沸点有机溶剂中,以用作催化层离聚物。为满足以上要求针对不同主链,本文首先选用吸电子基团羰基比例较高的聚醚醚酮酮（PEEKK）,制备了易溶于异丙醇的咪唑功能化聚醚醚酮酮膜,实现了膜材料直接作为催化层离聚物;并分别通过可溶于二氯甲烷且苯环电子云密度较高的聚砜（PSf）的傅克烷基化路线,以及单体共聚制备的含有强吸电子羰基且带有烯丙基双键的聚芳醚酮（PEK-DB）的反马氏加成氯化路线制膜,降低了氯甲基化路线的毒性;同时向膜内引入长侧链结构诱导形成良好的亲水/疏水微相分离结构,提高了膜的氢氧根离子传导率、尺寸和碱性稳定性。为实现制膜材料直接用作催化层离聚物,改善现有商业化催化层离聚物传导率低、高性能膜材料用作离聚物不易溶于非燃料低毒低沸点有机溶剂的问题,选用结构中羰基比例增加的商业化的PEEKK,提高与苯环的π-π共轭作用,通过氯甲基化路线制备的1,2...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１中国原油及天然气对外依存度趋势图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｃｒｕｄｅ?ｏｉｌ?ａｎｄ?ｎａｔｕｒａｌ?ｇａｓ?ｅｘｔｅｒｎａｌ?ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ?ｔｒｅｎｄ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?Ｃｈｉｎａ??
总反应：Ｈ２＋ｌ／２０；；—丨＿丨２０?总反应：丨１２＋１／２０２?—ＩＬＯ??图１．２燃料电池工作原理（ａ）质子交换膜燃料电池及（ｂ）阴离子交换膜燃料电池??Ｆｉｇ．?１．２?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌｓ?（ａ）?ｐｒｏｔｏｎ?ｅｘｃｈａｎｇｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌｓ?ａｎｄ?（ｂ）?ａｎｉｏｎ??ｅｘｃｈａｎｇｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌｓ??１．１．３阴离子交换膜燃料电池简介??与质子交换膜燃料电池及碱性燃料电池相比，ＡＥＭＦＣｓ具有一些突出优点（１）??首先，碱性环境下氧化还原反应（０ＲＲ）的电化学动力学速率提高，因此可以采用非贵??金属钴、镍等作为电极催化剂，从而降低了燃料电池的成本；（２）其次，在ＡＥＭＦＣｓ??中ＯＨ？离子由阴极经ＡＥＭｓ传导到燃料所在的阳极，与水在膜内传导方向相同，有助于??水管理并能有效减少由离子拖曳造成的甲醇等燃料透过膜；（３）除此之外，由于电解质??由ＡＦＣｓ中的液态ＫＯＨ溶液转变为固态ＡＥＭｓ，ＡＥＭＦＣｓ有效解决了?Ｃ０２与体系中ＯＨ－??离子反应使其浓度下降导致的电池性能损失，以及碱性液体电解质造成的电池腐蚀等问??题。??由于具有以上优势
Ｆｉｇ．?１．３?（ａ）?Ｎｕｍｂｅｒ?ｏｆ?ａｒｔｉｃｌｅｓ?ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ?ｏｎ?ＡＥＭＦＣｓ?ａｎｄ?（ｂ）?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ??ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ?ａｎｄ?ｒｅｇｉｏｎｓ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?Ｗｅｂ?ｏｆ?Ｓｃｉｅｎｃｅ??ＡＥＭＦＣｓ结构如图１．４所示，主要由催化层、气体扩散层、双极板和阴离子交换膜??组成［３］。??（１）催化层主要由催化剂、离子聚合物（离聚物）、电子导体组成，三者构成一个??高效的三相界面，保证电极反应连续稳定的进行。其中催化剂提供电池阴阳极反应的反??应位点，电子导体负责传导电子，离聚物的作用则是实现ＯＨ－在ＡＥＭｓ到催化剂表面之??间的传递。??－５－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]咪唑季铵化聚合物碱性阴离子交换膜的研制及表征[J]. 陈炳鑫,陈春明. 膜科学与技术. 2018(02)
[2]The control and optimization of macro/micro-structure of ion conductive membranes for energy conversion and storage[J]. Xiaoming Yan,Wenji Zheng,Xuehua Ruan,Yu Pan,Xuemei Wu,Gaohong He. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2016(05)
[3]物质溶解度参数的计算方法[J]. 周效全. 石油钻采工艺. 1991(03)
博士论文
[1]微相分离阴离子交换膜结构设计与性能研究[D]. 贺玉彬.中国科学技术大学 2018
本文编号：3364814
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１中国原油及天然气对外依存度趋势图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｃｒｕｄｅ?ｏｉｌ?ａｎｄ?ｎａｔｕｒａｌ?ｇａｓ?ｅｘｔｅｒｎａｌ?ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ?ｔｒｅｎｄ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?Ｃｈｉｎａ??
总反应：Ｈ２＋ｌ／２０；；—丨＿丨２０?总反应：丨１２＋１／２０２?—ＩＬＯ??图１．２燃料电池工作原理（ａ）质子交换膜燃料电池及（ｂ）阴离子交换膜燃料电池??Ｆｉｇ．?１．２?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌｓ?（ａ）?ｐｒｏｔｏｎ?ｅｘｃｈａｎｇｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌｓ?ａｎｄ?（ｂ）?ａｎｉｏｎ??ｅｘｃｈａｎｇｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆｕｅｌ?ｃｅｌｌｓ??１．１．３阴离子交换膜燃料电池简介??与质子交换膜燃料电池及碱性燃料电池相比，ＡＥＭＦＣｓ具有一些突出优点（１）??首先，碱性环境下氧化还原反应（０ＲＲ）的电化学动力学速率提高，因此可以采用非贵??金属钴、镍等作为电极催化剂，从而降低了燃料电池的成本；（２）其次，在ＡＥＭＦＣｓ??中ＯＨ？离子由阴极经ＡＥＭｓ传导到燃料所在的阳极，与水在膜内传导方向相同，有助于??水管理并能有效减少由离子拖曳造成的甲醇等燃料透过膜；（３）除此之外，由于电解质??由ＡＦＣｓ中的液态ＫＯＨ溶液转变为固态ＡＥＭｓ，ＡＥＭＦＣｓ有效解决了?Ｃ０２与体系中ＯＨ－??离子反应使其浓度下降导致的电池性能损失，以及碱性液体电解质造成的电池腐蚀等问??题。??由于具有以上优势
Ｆｉｇ．?１．３?（ａ）?Ｎｕｍｂｅｒ?ｏｆ?ａｒｔｉｃｌｅｓ?ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ?ｏｎ?ＡＥＭＦＣｓ?ａｎｄ?（ｂ）?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ??ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ?ａｎｄ?ｒｅｇｉｏｎｓ?ｂａｓｅｄ?ｏｎ?Ｗｅｂ?ｏｆ?Ｓｃｉｅｎｃｅ??ＡＥＭＦＣｓ结构如图１．４所示，主要由催化层、气体扩散层、双极板和阴离子交换膜??组成［３］。??（１）催化层主要由催化剂、离子聚合物（离聚物）、电子导体组成，三者构成一个??高效的三相界面，保证电极反应连续稳定的进行。其中催化剂提供电池阴阳极反应的反??应位点，电子导体负责传导电子，离聚物的作用则是实现ＯＨ－在ＡＥＭｓ到催化剂表面之??间的传递。??－５－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]咪唑季铵化聚合物碱性阴离子交换膜的研制及表征[J]. 陈炳鑫,陈春明. 膜科学与技术. 2018(02)
[2]The control and optimization of macro/micro-structure of ion conductive membranes for energy conversion and storage[J]. Xiaoming Yan,Wenji Zheng,Xuehua Ruan,Yu Pan,Xuemei Wu,Gaohong He. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2016(05)
[3]物质溶解度参数的计算方法[J]. 周效全. 石油钻采工艺. 1991(03)
博士论文
[1]微相分离阴离子交换膜结构设计与性能研究[D]. 贺玉彬.中国科学技术大学 2018
本文编号：3364814
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3364814.html
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