改性石墨烯-四氮唑復合質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，從而限制了其大規(guī)模應用。因此，具有原生質子傳導能力且不依賴于水，熱穩(wěn)定性強的四氮唑類化合物作為質子載體和傳輸體被應用于新型質子交換膜。同時，改性石墨烯因其良好的機械穩(wěn)定性、導電性和選擇透過性而被摻雜于膜中，以制備性能優(yōu)異的有機-無機復合質子交換膜。
　　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，該條件下產率可達82.89％。并采用紅外和核磁對產品結構進行了表征，用DSC和熔點儀確定了其熔程。
　　其次，在常壓下，291.35K~333.35K范圍內，采用恒溫動態(tài)溶解法測定了5-氨基四氮唑在不同溶劑中的溶解度。結果表明，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為：乙醇>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方程進行關聯(lián)。其中，修正Apelblat方程表現(xiàn)出較好的擬合度。并對溶解過程的熱力學性質進行了分析，結果表明該過程為吸熱、熵增及非自發(fā)過程。
　　然后，以石墨為原料，采用改進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其結構進行表征。
　　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)生原位聚合制備復合膜。采用電化學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合膜在一定溫度范圍內的電導率。結果表明，在所測溫度范圍內，膜電導率均隨溫度的升高而增大。并且，干態(tài)時，無摻雜膜的電導率高于摻雜膜；濕態(tài)時，1.0%F-GO(wt)摻雜膜的電導率高于0.5