分子结构中含有功能性大环的阴离子交换膜的制备和性能研究

发布时间：2021-04-28 06:49

　　阴离子交换膜燃料电池由于便捷的水管理,低廉的成本,高活性的电极反应,目前受到研究者越来越多的关注,但其核心部件阴离子交换膜的开发与应用受限于低离子传导率和低稳定性。为了解决以上难题,各种新型结构被引入到阴离子膜的设计中。众所周知,合理的分子设计可以提高离子膜的传导性能、机械性能、抗溶胀性能和化学稳定性能。传统的分子设计策略包括:制备嵌段、接枝、交联的聚合物和在聚合物中引入高密度官能团等,基于此,大环化合物被引入阴离子膜结构中。大环化合物大致可以分为如下几类:（1）冠醚;（2）葫芦脲;（3）环糊精;（4）杯芳烃;（5）柱芳烃等。考虑到碱性条件下结构稳定性,功能化难易程度和分子设计的要求,柱芳烃和环糊精成为改性的理想选择。柱芳烃能够应用于离子交换膜的理由包括:（1）主体是由苯环和亚甲基交替连接,不含氧氮等碱敏感基团;（2）柱芳烃[5]可改性位点高达十个,可满足离子传递的需求;（3）普通的柱芳烃合成简单,产率高,然而,柱芳烃在功能膜方向特别是阴离子交换膜方面的研究鲜有报道。β-环糊精作为一种寡聚糖,应用于燃料电池阴离子交换膜有如下优势:（1）价格低廉,并且环糊精的功能化及环糊精型聚合物的合成... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：141 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
中文摘要
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第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 燃料电池的分类
    1.3 碱性燃料电池的发展和优势
    1.4 阴离子交换膜面临的问题
    1.5 聚合物基体材料的选择
        1.5.1 聚醚砜型阴离子交换膜
        1.5.2 聚苯醚型阴离子交换膜
        1.5.3 聚苯乙烯型阴离子膜
        1.5.4 聚烷基苯型阴离子膜
        1.5.5 聚乙烯型阴离子膜
        1.5.6 聚苯并咪唑型阴离子膜
    1.6 阴离子交换膜传导基团
    1.7 阴离子交换膜分子结构
        1.7.1 嵌段结构
        1.7.2 接枝结构
        1.7.3 交联结构
        1.7.4 局部高密度结构
    1.8 本文的研究思路与研究内容
    参考文献
第2章 测试方法
    2.1 测试仪器
        2.1.1 核磁共振
        2.1.2 红外光谱
        2.1.3 热重分析
        2.1.4 离子传导测试
        2.1.5 离子交换容量测试
        2.1.6 吸水率和溶胀率测试
        2.1.7 碱稳定性测试
        2.1.8 凝胶含量测试
        2.1.9 离子有效扩散系数计算
        2.1.10 原子力显微镜测试
        2.1.11 小角X射线衍射测试
        2.1.12 透射电子显微镜测试
        2.1.13 燃料电池性能测试
第三章 基于含柱芳烃聚醚砜的交联型阴离子交换膜
    3.1 引言
    3.2 实验药品
    3.3 实验步骤
        3.3.1 柱芳烃双酚的合成
        3.3.2 柱芳烃型聚醚砜的合成
        3.3.3 柱芳烃型聚合物的去醚
        3.3.4 去醚柱芳烃的接枝
        3.3.5 接枝柱芳烃聚醚砜的溴化
        3.3.6 含柱芳烃聚醚砜型阴离子膜的制备
    3.4 结果与讨论
        3.4.1 传导和吸水溶胀
        3.4.2 形貌分析
        3.4.3 碱稳定性
        3.4.4 机械性能
        3.4.5 热稳定性
        3.4.6 燃料电池性能
    3.5 本章小结
    参考文献
第四章 多烷基溴型柱芳烃作为交联剂构筑阴离子交换膜
    4.1 引言
    4.2 实验材料
    4.3 实验步骤
        4.3.1 烷基溴型柱芳烃的合成
        4.3.2 四甲基聚醚砜的合成
        4.3.3 溴化四甲基聚醚砜的合成
        4.3.4 胺化四甲基聚醚砜的合成
        4.3.5 含柱芳烃的交联膜制备
    4.4 结果和讨论
        4.4.1 传导率
        4.4.2 吸水率和溶胀率
        4.4.3 碱稳定性
        4.4.4 形貌分析
        4.4.5 机械性能
        4.4.6 热稳定性
        4.4.7 燃料电池性能
    4.5 本章小结
    参考文献
第五章 环糊精接枝聚苯醚用于阴离子交换膜的研究
    5.1 前言
    5.2 实验材料
    5.3 实验步骤
        5.3.1 对甲苯磺基单取代环糊精的合成
        5.3.2 单取代环糊精的胺化
        5.3.3 聚苯醚的溴化
        5.3.4 溴化聚苯醚的接枝和胺化
        5.3.5 阴离子交换膜的制备
    5.4 结果与讨论
        5.4.1 吸水率和溶胀率
        5.4.2 传导率
        5.4.3 形貌分析
        5.4.4 碱稳定性
        5.4.5 机械性能
        5.4.6 电池性能
    5.5 本章小结
    参考文献
第六章 侧链长度对环糊精接枝聚苯醚阴离子交换膜性能的影响
    6.1 前言
    6.2 实验材料
    6.3 实验步骤
        6.3.1 单取代环糊精的合成与胺化
        6.3.2 聚苯醚的溴化
        6.3.3 溴化聚苯醚的接枝与胺化
        6.3.4 阴离子交换膜的制备
    6.4 结果与讨论
        6.4.1 形貌分析
        6.4.2 吸水率与溶胀率
        6.4.3 传导率
        6.4.4 机械性能
        6.4.5 碱稳定性
        6.4.6 电池性能
    6.5 本章小结
    参考文献
第七章 结论
攻读博士学位期间发表的学术论文
作者简介
致谢



本文编号：3165018