基于胍鹽和吡唑鎓鹽的側(cè)鏈型陰離子交換膜的合成與性能研究.pdf

1、由于具有可使用非貴金屬作為電極催化劑以及較低的燃料滲透等優(yōu)點(diǎn)，近年來，陰離子交換膜燃料電池（Anion Exchange Membrane Fuel Cell，AEMFC）引起人們的廣泛關(guān)注，并有望取代現(xiàn)階段發(fā)展較為成熟的質(zhì)子交換膜燃料電池。但是，作為AEMFC的核心部件之一，陰離子交換膜(Anion Exchange Membrane，AEM)存在離子傳導(dǎo)率低和化學(xué)穩(wěn)定性差等問題，限制了AEMFC的發(fā)展。因此，探究AEM結(jié)構(gòu)與性能之間

2、的關(guān)系以及開發(fā)綜合性能優(yōu)異的AEM是現(xiàn)階段的主要研究方向之一。本論文從AEM的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系出發(fā)，對AEM的功能陽離子及其與聚合物主鏈的連接方式與AEM性能之間的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)研究;設(shè)計(jì)和合成了新型的小分子唑鎓鹽，并通過1H NMR對其堿解穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，篩選出穩(wěn)定性較優(yōu)的功能陽離子作為功能基元連接到聚合物主鏈上，進(jìn)一步評(píng)價(jià)功能陽離子在AEM中的穩(wěn)定性。主要開展以下兩個(gè)方面的工作:
　　1)以堿性較強(qiáng)的胍鹽作為功能陽離子，聚醚砜為

3、主鏈，通過“點(diǎn)擊化學(xué)”合成了一系列具有不同間隔基的側(cè)鏈型陰離子交換膜GPES-nC(n=1，3，9)和GPES-EO，主要研究間隔基種類和長度對陰離子交換膜的性能影響。結(jié)果表明，當(dāng)間隔基為烷基鏈時(shí)，AEM膜具有較低的吸水率，隨著烷基鏈增長，其吸水率進(jìn)一步降低，而側(cè)鏈為親水氧化乙烯鏈的GPES-EO膜具有相對較高的吸水率;在電導(dǎo)率方面，GPES-3C具有比GPES-1C和GPES-9C更高的離子電導(dǎo)率，30℃時(shí)為18.9 mS·cm-1，

4、GPES-EO具有最高的離子電導(dǎo)率，30℃時(shí)高達(dá)41.4 mS·cm-1;AFM測試證實(shí)該結(jié)構(gòu)的AEM膜具有較好的親水，疏水相分離結(jié)構(gòu)。
　　2)通過原位1H NMR研究了咪唑鎓鹽、噻唑鎓鹽和吡唑鎓鹽這三種小分子唑鎓鹽的堿穩(wěn)定性，結(jié)果顯示，烷基吡唑鎓鹽具有非常突出的堿解穩(wěn)定性。如1，3，5-三甲基-2-乙基吡唑溴鹽在80℃、5 M NaOH/D2O溶液中堿解10d都沒有任何分解。因此我們以吡唑陽離子作為功能基團(tuán)，將其連接到聚苯醚主