新型聚苯并咪唑類高溫質(zhì)子交換膜的制備和性能表征.pdf

1、聚苯并咪唑(PBI)因其具備的獨(dú)特優(yōu)勢，使之作為高溫質(zhì)子交換膜最具潛力的材料之一，受到了人們的廣泛關(guān)注。但是，商業(yè)化的PBI高溫膜在實(shí)際應(yīng)用中存在著一些缺陷，如:可加工性差、質(zhì)子傳導(dǎo)率較低、在運(yùn)行過程中容易被自由基氧化、以及酸流失等問題，限制了其進(jìn)一步的發(fā)展。
　　針對這些問題，本文從PBI的聚合物單體設(shè)計(jì)入手，通過改變聚合單體的結(jié)構(gòu)、以及聚合方式，在微波條件下制備了三個(gè)系列的新型共聚物及其相應(yīng)系列的膜材料，探索了相應(yīng)的燃料電池性

2、質(zhì)，主要結(jié)論如下:
　　(1)含聯(lián)吡啶單元的非平面骨架PBI共聚物及其膜材料研究。設(shè)計(jì)合成并表征了4，4'-[(4，4'-聯(lián)吡啶)-2，6]-二苯甲酸(BPY)單體，通過調(diào)節(jié)BPY、吡啶二甲酸的比例，與聯(lián)苯四胺進(jìn)行三元共聚，在微波條件下制備了系列非平面骨架共聚物BPY-PBI-x及其膜材料。在PBI骨架中引入大體積非平面聯(lián)吡啶結(jié)構(gòu)單元，解決了商業(yè)PBI加工性差和傳導(dǎo)率較低的問題。此外由于吡啶氮原子易形成氮氧鍵，在一定程度上減緩了P

3、BI骨架的自由基氧化過程，提高了膜材料的使用壽命。在酸摻雜量方面，該系列膜具有較高的酸摻雜量，使得質(zhì)子傳導(dǎo)率最高可達(dá)78.6mS·cm-1。
　　(2)含硫醚結(jié)構(gòu)單元的PBI嵌段共聚物及其膜材料研究。利用BPY單體設(shè)計(jì)制備了bpy-block以及含硫醚結(jié)構(gòu)單元的s-block低聚物，在微波條件下制備了抗氧化能力更強(qiáng)的嵌段共聚物。所制備硫醚結(jié)構(gòu)單元比例在40％時(shí)，相應(yīng)的s-PBI-40％膜傳導(dǎo)率在160℃時(shí)傳導(dǎo)率最高達(dá)60.5mS·

4、cm-1。而膜的抗氧化性能也得到了顯著的提升，在80℃高濃度Feton測試下，發(fā)現(xiàn)30h后s-PBI-40％膜損失約為5％，從而有效改善了膜的使用壽命。
　　(3)含哌嗪結(jié)構(gòu)單元的PBI共聚物及其膜材料研究。設(shè)計(jì)合成了含有哌嗪結(jié)構(gòu)單元的PZDT單體，通過調(diào)節(jié)PZDT、吡啶二甲酸的比例，與聯(lián)苯四胺進(jìn)行三元共聚，在PBI骨架上引入了堿性較強(qiáng)的哌嗪單元，制備了系列固酸能力較強(qiáng)的膜材料。隨著PZDT比例的增加，酸的摻雜量有了較為明顯的增加