聚（二乙炔基苯基二甲基硅烷）靜電紡纖維的制備及其氧還原電催化性能研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，在耐熱材料、汽車加工工業(yè)、能源材料、航空航天材料和電子材料等方面對材料的耐熱性能提出了更高的要求。含硅芳基乙炔樹脂由于其具有優(yōu)良的耐燒蝕、耐高溫、加工和電性能而受到了人們的廣泛關(guān)注。目前研究人員一般將其用作耐熱復(fù)合材料基體或耐熱結(jié)構(gòu)部件，對于芳基乙炔耐熱纖維材料的制備和應(yīng)用等方面鮮有報道。本文制備了芳基乙炔樹脂的預(yù)聚體——聚（二乙炔基苯基二甲基硅烷），利用靜電紡絲技術(shù)和光-熱兩步固化法制備了芳基乙炔纖維材料，并探

2、究了其在燃料電池氧還原電催化領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　使用格氏試劑法以二乙炔基苯、苯乙炔和二甲基硅烷為原料制備了聚（二乙炔基苯基二甲基硅烷）(PMSEPE)。使用核磁氫譜、核磁硅譜、核磁碳譜和紅外光譜分析對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。使用差示掃描量熱法和熱重分析法研究了PMSEPE的熱固化過程和熱穩(wěn)定性，結(jié)果表明PMSEPE的熱固化過程分為300℃以下的Diels-Alder反應(yīng)和硅氫加成反應(yīng)與300℃以上的硅氫加成反應(yīng)，熱失重結(jié)果表明在氮氣下P

3、MSEPE固化物在800℃下的質(zhì)量保留率為89％。使用旋轉(zhuǎn)流變儀對PMSEPE的黏溫特性進(jìn)行了表征，發(fā)現(xiàn)其熔點較低為90℃，熔體黏度較小為3-26Pa.S，并具有較寬的熔融加工區(qū)間。
　　通過靜電紡絲技術(shù)和光-熱兩步固化法制備了芳基乙炔纖維材料，克服了直接熱固化會破壞纖維形貌的缺陷。使用掃描電子顯微鏡對所制備纖維進(jìn)行了表征，通過調(diào)控紡絲過程中的工藝參數(shù)，制備出形貌規(guī)整且直徑較小的纖維，并對紡絲過程中的影響因素進(jìn)行了討論。使用紅外光

4、譜分析、差示掃描量熱法、熱重分析法和X射線光電子能譜分析等表征手段對光-熱兩步固化機(jī)理進(jìn)行了研究。固化后纖維膜耐受四氫呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷和丙酮等有機(jī)溶劑的能力提高。
　　利用PMSEPE成碳率高等特點，將其與鐵的金屬有機(jī)骨架化合物（MIL-101-Fe）材料通過電紡、光固化和碳化等過程制備了PMSEPE/MIL-101-Fe燃料電池陰極催化劑。熱重分析結(jié)果表明材料的碳化產(chǎn)率為64％。使用高分辨透射電子顯微鏡、X射線衍射、X射

5、線光電子能譜分析和拉曼光譜等方法對所制備的性能最優(yōu)催化劑的結(jié)晶情況、碳的缺陷情況和表面化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征，結(jié)果顯示材料在碳化后形成了高度石墨化的碳層包覆碳化鐵的結(jié)構(gòu)，并形成了高比例的吡啶/吡咯化氮摻雜和鐵-氮產(chǎn)物。通過線性伏安掃描、循環(huán)伏安掃描和i-t曲線等電化學(xué)方法研究了催化劑的電催化能力，發(fā)現(xiàn)碳化溫度和氮源含量對最終的催化性能有著較大影響。在最優(yōu)條件下所制備的樣品的電催化性能接近于商用鉑碳催化劑，穩(wěn)定性及耐甲醇性能均優(yōu)于商用催化劑。