陣列化聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸刷及其Pt配合物的合成與表征.pdf

1、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）是一種通過(guò)氫氣燃料和氧氣反應(yīng)，將電化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，由于具有高的能量轉(zhuǎn)換效率、啟動(dòng)快速并且啟動(dòng)時(shí)無(wú)噪音、對(duì)環(huán)境友好等卓越的優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)移動(dòng)電源以及備用電源的重要的理想的替代電源。
　　催化劑作為質(zhì)子交換膜燃料電池的核心材料之一，最常用的催化劑是通過(guò)以碳為基體擔(dān)載Pt或Pt基催化劑。然而，傳統(tǒng)的Pt/C催化劑在質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）的高氧化條件、高含水量、低PH（PH<1）、高電位

2、、高含氧量并且高溫（50-90℃）的苛刻條件下，非常容易被腐蝕氧化，進(jìn)而造成催化劑的性能衰減嚴(yán)重；同時(shí)，Pt用量較高，這些因素限制了PEMFC的商業(yè)化進(jìn)程。基于上述的分析，本論文主要的研究?jī)?nèi)容為制備以Nafion包裹的SiO2為質(zhì)子交換膜，然后通過(guò)在質(zhì)子膜上接枝引發(fā)劑引發(fā)2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙烷磺酸（AMPS）進(jìn)行自由基聚合，生產(chǎn)有序的納米結(jié)構(gòu)的高分子刷。然后以這種高分子有序結(jié)構(gòu)作為催化劑的載體，制備由陽(yáng)離子單體（DMDAAC）

3、穩(wěn)定Pt顆粒的溶膠，使其陽(yáng)離子單體和陰離子聚合物(AMPS)通過(guò)靜電作用將納米Pt顆粒穩(wěn)定，得到Pt/AMPS/Nafion-SiO2膜電極，以期望降低電極中Pt用量。得到如下主要結(jié)論：
　　1）以正硅酸四乙酯（TEOS）為制備SiO2的前驅(qū)體，以Nafion樹(shù)脂作為表面活性劑，利用靜電自組裝的原理進(jìn)行原位水解的方法合成由Nafion包裹的納米二氧化硅SiO2顆粒膜，當(dāng)SiO2含量為5％的時(shí)候，質(zhì)子交換膜二氧化硅顆粒分散性最好，粒

4、徑較小并且均勻。因?yàn)镾iO2顆粒表面含有大量的羥基，使其具有一定的保水性，同時(shí)也具有良好的熱穩(wěn)定性，適合做高溫質(zhì)子交換膜燃料電池的膜材料。
　　2）通過(guò)偶氮引發(fā)劑引發(fā)2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙烷磺酸進(jìn)行自由基聚合，生成可以導(dǎo)電的聚電解質(zhì)。通過(guò)GPC測(cè)試計(jì)算以及SEM和AFM測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在4小時(shí)之前，聚合時(shí)間對(duì)高聚物的分子量影響不大，當(dāng)6小時(shí)的時(shí)候，體系發(fā)生凝膠效應(yīng)，分子量快速增長(zhǎng)。在單體濃度小于2.5mol/L的時(shí)候，聚合物的分