改性石墨烯-四氮唑復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備與研究.pdf

1、燃料電池用Nafion膜存在工作溫度低、水依賴性大等缺點(diǎn)，從而限制了其大規(guī)模應(yīng)用。因此，具有原生質(zhì)子傳導(dǎo)能力且不依賴于水，熱穩(wěn)定性強(qiáng)的四氮唑類化合物作為質(zhì)子載體和傳輸體被應(yīng)用于新型質(zhì)子交換膜。同時(shí)，改性石墨烯因其良好的機(jī)械穩(wěn)定性、導(dǎo)電性和選擇透過(guò)性而被摻雜于膜中，以制備性能優(yōu)異的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合質(zhì)子交換膜。
　　首先，本文采用Stolleet法，Lewis酸催化劑，二聚氰胺環(huán)化合成5-氨基四氮唑。用單因素法優(yōu)化合成工藝得到較佳的工藝

2、條件為：n（疊氮鈉）：n（雙氰胺）：n（AlCl3）=1:0.6:0.05，85℃，6.5 h，該條件下產(chǎn)率可達(dá)82.89％。并采用紅外和核磁對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，用DSC和熔點(diǎn)儀確定了其熔程。
　　其次，在常壓下，291.35K~333.35K范圍內(nèi)，采用恒溫動(dòng)態(tài)溶解法測(cè)定了5-氨基四氮唑在不同溶劑中的溶解度。結(jié)果表明，隨著溫度升高，溶解度也隨之增大，且在所選溶劑中大致排序?yàn)椋阂掖?異丙醇>正丙醇>正丁醇>異丁醇>水。溶解度數(shù)據(jù)

3、分別用Van’tHoff方程、修正Apelblat方程和λ-h方程進(jìn)行關(guān)聯(lián)。其中，修正Apelblat方程表現(xiàn)出較好的擬合度。并對(duì)溶解過(guò)程的熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明該過(guò)程為吸熱、熵增及非自發(fā)過(guò)程。
　　然后，以石墨為原料，采用改進(jìn)Hummers法制備氧化石墨烯，以3-氯丙基三甲氧基硅烷為交聯(lián)劑將5-氨基四氮唑接枝在氧化石墨烯表面，制備出5-氨基四氮唑改性石墨烯（F-GO）。并用紅外和掃描電鏡對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。
　　最后

4、，采用溶膠-凝膠法將改性石墨烯均勻分散于5-氨基四氮唑與3-氯丙基三甲氧基硅烷縮合反應(yīng)制備的大單體、1,8-雙(三甲氧基)辛烷、正硅酸乙酯的混合液中，并在聚四氟乙烯膜上發(fā)生原位聚合制備復(fù)合膜。采用電化學(xué)交流阻抗法研究干濕兩態(tài)條件下，不同改性石墨烯摻雜量復(fù)合膜在一定溫度范圍內(nèi)的電導(dǎo)率。結(jié)果表明，在所測(cè)溫度范圍內(nèi)，膜電導(dǎo)率均隨溫度的升高而增大。并且，干態(tài)時(shí)，無(wú)摻雜膜的電導(dǎo)率高于摻雜膜；濕態(tài)時(shí)，1.0%F-GO(wt)摻雜膜的電導(dǎo)率高于0.5