含唑環(huán)的磺化聚芳醚酮砜類質(zhì)子交換膜的制備與性能研究.pdf

1、隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染日益加重，開發(fā)清潔高效無(wú)污染的新能源成為了世界各國(guó)科學(xué)研究的熱點(diǎn)。質(zhì)子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC），近年來(lái)被世界各國(guó)爭(zhēng)相研究，是因其擁有啟動(dòng)迅速、操作便利、能量轉(zhuǎn)換效率高和清潔無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。質(zhì)子交換膜（PEM）作為PEMFC的關(guān)鍵部分，其性能的優(yōu)劣關(guān)乎PEMFC的應(yīng)用前景。如今，商業(yè)應(yīng)用最為普及的PEM是美國(guó)杜邦獨(dú)立研發(fā)的 Nafion膜，其具有

2、杰出的化學(xué)穩(wěn)定性和質(zhì)子傳遞性能，但同時(shí)由于其制備成本高、阻醇性能差且高溫質(zhì)子傳導(dǎo)率下降明顯等缺點(diǎn)限制了其進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。因此，開發(fā)一種可替代 Nafion膜且綜合性能優(yōu)異的新型膜材料成為科研學(xué)者的主要攻克方向。
　　其中，磺化聚芳醚酮砜類(SPAEKS)被認(rèn)為是最有應(yīng)用前景的新型膜材料之一，其本身?yè)碛型怀龅臋C(jī)械性能和熱穩(wěn)定性，且價(jià)格相對(duì)低廉。但是與 Nafion膜一樣，該類膜的質(zhì)子傳導(dǎo)主要依賴磺酸基團(tuán)，而當(dāng)磺化度較高時(shí)易導(dǎo)致膜發(fā)

3、生過(guò)度溶脹，尺寸穩(wěn)定性、氧化穩(wěn)定性、阻醇性能和機(jī)械性能大幅度下降，從而使其使用性能大打折扣。因此，對(duì)磺化聚芳醚酮砜類膜材料進(jìn)行合理的改性和修飾，使其綜合性能提高顯得十分重要。
　　本文首先制備了含三唑側(cè)基的磺化聚芳醚酮砜膜（SPT），以接枝的方式引入了三唑基團(tuán)，利用三唑基團(tuán)同時(shí)作為質(zhì)子給體與受體的特性，以及三唑基團(tuán)與磺酸基團(tuán)之間的相互作用，提供了新的質(zhì)子跳躍點(diǎn)，使質(zhì)子以跳躍機(jī)理進(jìn)行傳輸，極大的改善了質(zhì)子膜在高溫和低相對(duì)濕度條件下的

4、質(zhì)子傳導(dǎo)率。120℃時(shí)，SPT-4膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率高達(dá)0.166Scm-1，遠(yuǎn)比相同測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)Nafion膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率要高。
　　為進(jìn)一步增強(qiáng)膜的阻醇能力，我們向體系內(nèi)引入有機(jī)硅氧烷材料，以三唑改性的γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（GT）為交聯(lián)劑，通過(guò)溶膠-凝膠法成功制得三唑改性 KH560/磺化聚芳醚酮砜交聯(lián)膜（AMSP/GT）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，交聯(lián)結(jié)構(gòu)改善了膜的尺寸穩(wěn)定性，同時(shí)抑制了甲醇的透過(guò)，60℃時(shí)，AMSP/GT-30的甲