殼聚糖膜微環(huán)境優(yōu)化與OH-傳遞能力調控.pdf

1、堿性燃料電池由于低成本、低的燃料滲透率以及高的氧還原反應動力學速率等優(yōu)勢而備受關注。堿性陰離子交換膜（AEM）是堿性燃料電池核心部件之一，其OH-傳導率對堿性燃料電池的性能產生重要影響，直接決定燃料電池的開路電壓和能量輸出。然而，OH-擴散速率較低以及膜內部不適宜的傳遞微環(huán)境，導致堿性膜的OH-傳導率普遍較低。從微觀尺度入手，優(yōu)化傳遞位點，構建連續(xù)適宜的傳遞通道是提升堿性膜OH-傳導率的關鍵和有效途徑之一。
　　本論文基于OH-在

2、膜內部的傳遞機理，采用雜化思想，在膜內部構筑高效快速的OH-傳遞通道。對于含N陽離子而言，N原子上配體的空間結構和化學性質對其電荷性質以及周圍水分子的氫鍵作用產生重要影響。通過改變咪唑環(huán)中N原子上配體的空間結構、吸-供電子能力以及親疏性來調控咪唑陽離子的 OH-傳導能力并揭示其傳遞機理。功能高分子的結構是影響OH-傳遞的因素，通過對比刷狀和層狀高分子改性材料填充膜的性能來揭示其對OH-傳導的影響。此外，與零維和一維材料相比，二維片層材料

3、由于高的比表面積、豐富的活性位點，是構建高效連續(xù)通道的理想材料。通過對兩種片層材料MXene和GO的研究，完善基于二維材料構建OH-傳遞通道的方法與手段。具體研究內容及結論概述如下：
　　（1）含N陽離子結構調控與其OH-傳導特性研究。以乙烯基咪唑（VI）為單體，二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDMA）為交聯(lián)劑，通過沉淀聚合的方法制備聚合物微球，聚合物球的結構可以通過交聯(lián)劑的量和反應時間進行控制。然后，將這些聚合物球與氯代試劑反應引入不

4、同物化性質的配體。通過調控咪唑陽離子中N原子配體的空間結構和吸-供電子能力來優(yōu)化咪唑陽離子的靜電勢進而提升其離子傳遞能力。將這些功能化咪唑微球加入殼聚糖基質中來探討對膜性能的影響。結果表明，無水條件下，C4配體的咪唑陽離子靜電勢和空間結構較為適宜，OH-傳導能力較強。而較大空間位阻的配體-C10，芐基（B）以及強吸電子基團-酯基（E）導致咪唑陽離子的空間位阻和靜電勢較高，傳導能力下降。然而，飽和濕度下，E配體中電負性較強的O原子可以與水

5、分子形成氫鍵，有利于發(fā)揮表面位點跳躍和氫鍵網絡跳躍的協(xié)同促進作用，復合膜的OH-傳導率提升了200％。此外，減小聚合物微球的尺寸和內部交聯(lián)程度可以提供更多的界面?zhèn)鬟f區(qū)域，增強鏈段的運動能力，顯著提升復合膜的OH-傳導能力。
　?。?）載體所處鏈段結構對其OH-傳導特性的影響規(guī)律研究：采用St?ber法制備納米SiO2，在其上接枝刷狀和層狀的咪唑陽離子聚合物來考察載體鏈段結構對OH-傳遞的影響。此外，基于前期研究結果，在N原子接枝親

6、水性配體（-NH2,-COOH,-OH）來考察不同親水性配體對兩種傳遞方式的協(xié)同作用的影響。將這些功能化的SiO2填充到CS基質中制備復合膜。結果表明，末端親水性配體（-NH2）的咪唑陽離子的靜電勢較為適宜，且在界面區(qū)的鏈段運動能力較強，顯著提升復合膜的OH-傳導率，20℃，飽和濕度下，OH-傳導率達到4 mS cm-1。
　?。?）基于二維材料在堿性膜內部構建寬而有序的傳遞通道及其傳導特性研究。通過在兩種2D材料（MXene和G