新型阻醇復(fù)合膜的制備與表征.pdf

1、質(zhì)子交換膜是直接甲醇燃料電池(DMFC)的關(guān)鍵材料之一，研制阻醇性能優(yōu)異的質(zhì)子交換膜是DMFC研究中最富有挑戰(zhàn)性的基礎(chǔ)課題之一。鑒于烴類膜具有優(yōu)異的阻醇性能，本論文以降低高磺化度烴類膜的溶脹度、提高其阻醇性能和氧化穩(wěn)定性為主要目標(biāo)，制備了多種新型阻醇質(zhì)子交換膜，并對其結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行考察，獲得以下創(chuàng)新性成果： (1)采用聚四氟乙烯(PTFE)網(wǎng)布改性烴類膜，制備了磺化聚醚醚酮(SPEEK)/PTFE復(fù)合膜和磺化雜萘聯(lián)苯聚醚砜酮(S

2、PPESK)/PTFE復(fù)合膜。IR和SEM證實(shí)烴類樹脂已填充到PTFE孔內(nèi)。與基體膜相比，復(fù)合膜的含液率降低，溶脹度明顯降低，質(zhì)子電導(dǎo)率有所減小，但復(fù)合膜阻醇性能提高，質(zhì)子電導(dǎo)率和甲醇透過系數(shù)均隨溫度的升高而增大。從復(fù)合膜具有的優(yōu)異性能看，PTFE網(wǎng)布改性型復(fù)合膜有望應(yīng)用于DMFC。 (2)利用聚合物共混改性方法改性高磺化度SPPESK膜，首次制備了SPPESK/聚醚砜(PES)和SPPESK/聚偏氟乙烯(PVDF)共混膜。IR

3、、SEM和XRD均表明共混膜發(fā)生了相分離。與SPPESK膜相比，室溫下共混膜的含液率降低，溶脹度降低。質(zhì)子電導(dǎo)率隨溫度的升高而升高，隨PES(或PVDF)含量的增大而減小，298K時(shí)共混膜的質(zhì)子電導(dǎo)率高于10-4S/cm；甲醇透過系數(shù)隨溫度的升高而升高，隨PES(或PVDF)含量的增大而減小，298K時(shí)共混膜的甲醇透過系數(shù)約在10-7cm2/s，共混膜的阻醇性能好。這預(yù)示著共混膜有望應(yīng)用于DMFC中。 (3)采用噴涂技術(shù)將具有H

4、2O2催化分解能力的Nafion雜化膜與SPPESK等烴類膜復(fù)合，制備了基于烴類膜的既阻醇又抗氧化降解的多層復(fù)合膜。首次制備了包括Pt/TiO2-Nafion ｜ SPPESK ｜ Pt/TiO2-Nafion(PSPP)、Pt/TiO2-Nafion ｜ SPPESK-PES｜Pt/TiO2-Nafion(PSPSP)、MnOx/C-Nafion ｜ SPPESK ｜ MnOx/C-Nafion(MSPM)和MnOx/C-Nafion

5、 ｜ SPPESK-PES ｜ MnOx/C-Nafion(MSPSM)在內(nèi)的四種多層阻醇復(fù)合膜。多層膜具有相似的規(guī)律。SEM表明催化劑均勻分布于多層膜的外層內(nèi)，多層膜有三層組成，中間層與兩外層結(jié)合緊密；XRD表明催化劑在膜內(nèi)沒有發(fā)生團(tuán)聚；與對應(yīng)基體膜相比，多層復(fù)合膜的質(zhì)子電導(dǎo)率有所增加，甲醇透過系數(shù)也略有增大，但阻醇性能仍優(yōu)于Nafion膜；多層膜的抗氧化性能提高。從多層復(fù)合膜具有的優(yōu)異性能看，多層復(fù)合膜有望作為DMFC用質(zhì)子交換膜。