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磺化聚芳醚酮类质子交换膜材料的制备及性能研究

作　者: 林海丹
导　师: 那辉
学　校: 吉林大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 质子交换膜 磺化聚芳醚酮 交联 自组装 Nafion膜
分类号: TM911.4
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


合成一种侧链连有羧基的双酚单体,利用其合成出一种侧链连有羧基的磺化聚芳醚酮(SPAEK-C),以其为基体,进一步制备出侧链连有苯并咪唑基团的磺化聚芳醚酮(SPAEK-BI)。对于不同磺化度的SPAEK-C和SPAEK-BI膜进行性能表征,两种聚合物在一定的磺化度下均具有优异的质子传导率和阻醇性能。针对高磺化度的SPAEK-C尺寸稳定性差,甲醇渗透率相对高的缺点,我们采用了两种方式对其进行改性：(i)将硅烷偶联剂引入SPAEK-C体系形成交联网络结构,并研究了交联结构对复合膜性能的影响。(ii),在SPAEK-C表面层层自组装上各种聚阴阳离子,并研究不同的自组装多层膜对SPAEK-C膜性能的影响。此外,针对那些磺化度高到能够溶于水的SPAEK-C,我们以交联或者交联自组装的方式,将其引入到Nafion膜体系,并研究其对Nafion复合膜性能的影响。

全文目录


内容提要  4-5
中文摘要  5-8
Abstract  8-18
第一章 绪论  18-54
  引言  18-20
  1.1 燃料电池简介  20-27
    1.1.1 燃料电池的发展过程  20-24
    1.1.2 燃料电池的工作原理  24-25
    1.1.3 燃料电池的特点  25
    1.1.4 燃料电池的分类  25-27
  1.2 聚合物电解质膜燃料电池  27-28
  1.3 质子交换膜  28-34
    1.3.1 全氟磺酸型质子交换膜  29-30
    1.3.2 磺化聚芳环类质子交换膜  30-32
    1.3.3 复合型质子交换膜  32-34
  1.4 磺化聚芳醚酮  34-41
    1.4.1 磺化聚芳醚酮  34
    1.4.2 磺化聚芳醚酮类聚合物质子交换膜  34-35
    1.4.3 磺化聚芳醚酮的改性  35-41
  1.5 本论文的设计思想  41-43
  参考文献  43-54
第二章 实验试剂与测试仪器  54-60
  2.1 原料和试剂  54-55
  2.2 测试手段及表征方法  55-60
    2.2.1 论文中使用的仪器,型号及测试条件  55-56
    2.2.2 详细测试方法  56-60
第三章 侧链连有羧基和苯并咪唑基团的磺化聚芳醚酮质子交换膜材料的制备与性能研究  60-74
  引言  60
  3.1 单体及聚合物的合成与表征  60-64
    3.1.1 酚酞啉单体的合成与表征  60-61
    3.1.2 含羧基的磺化聚芳醚酮的合成与表征  61-63
    3.1.3 侧链含苯并咪唑基团的磺化聚芳醚酮的合成与表征  63-64
  3.2 SPAEK-x-COOH和SPAEK-x-BI的性能测试  64-71
    3.2.1 基本性能测试  64-65
    3.2.2 SPAEK-x-COOH和SPAEK-x-BI的热性能  65
    3.2.3 SPAEK-x-COOH和SPAEK-x-BI的机械性能  65-67
    3.2.4 SPAEK-x-COOH和SPAEK-x-BI的IEC、吸水率和溶胀率  67-69
    3.2.5 SPAEK-x-COOH和SPAEK-x-BI的质子传导率和甲醇渗透率  69-71
  3.3 本章小结  71
  参考文献  71-74
第四章 交联改性侧链含羧基的磺化聚芳醚酮质子交换膜的制备与性能研究  74-82
  引言  74
  4.1 SPAEK-C/KH-560的制备与表征  74-75
  4.2 SPAEK-C/KH-560-x%的结构表征  75-80
    4.2.1 SPAEK-C/KH-560-x%的红外表征  75-76
    4.2.2 SPAEK-C/KH-560-x%的热性能  76-77
    4.2.3 SPAEK-C/KH-560-x%的机械性能  77
    4.2.4 SPAEK-C/KH-560-x%的IEC、吸水率和溶胀率  77-78
    4.2.5 SPAEK-C/KH-560-x%的质子传导率和甲醇渗透率  78-80
  4.3 本章小结  80
  参考文献  80-82
第五章 层层自组装应用于质子交换膜改性磺化聚芳醚酮膜的研究  82-112
  引言  82-83
  5.1 SPAEK-C-(CS/PWA)_n的制备与表征  83-92
    5.1.1 组装膜的制备  83
    5.1.2 SPAEK-C-(CS/PWA)_n组装膜的紫外光谱  83-85
    5.1.3 SPAEK-C-(CS/PWA)_n组装膜的形态  85-86
    5.1.4 SPAEK-C-(CS/PWA)_n组装膜的热性能  86-88
    5.1.5 SPAEK-C-(CS/PWA)_n组装膜的吸水率和溶胀率  88-89
    5.1.6 SPAEK-C-(CS/PWA)_n组装膜的质子传导率和甲醇渗透率  89-92
  5.2 SPAEK-C-(PPY/PWA)_n的合成与表征  92-99
    5.2.1 组装膜的制备  92-93
    5.2.2 SPAEK-C-(PPY/PWA)_n的红外分析  93-95
    5.2.3 SPAEK-C-(PPY/PWA)_n组装膜的形态  95
    5.2.4 SPAEK-C-(PPY/PWA)_n组装膜热性能  95
    5.2.5 SPAEK-C-(PPY/PWA)_n组装膜的吸水率和溶胀率  95-97
    5.2.6 SPAEK-C-(PPY/PWA)_n组装膜的质子传导率和甲醇渗透率  97-99
  5.3 SPAEK-C-(MCNT-C/CS)_n组装膜的合成与表征  99-107
    5.3.1 SPAEK-C-(MCNT-C/CS)_n组装膜的制备  99
    5.3.2 SPAEK-C-(MCNT-C/CS)_n的红外分析  99-101
    5.3.3 SPAEK-C-(MCNT-C/CS)_n组装膜的形态  101-103
    5.3.4 SPAEK-C-(MCNT-C/CS)_n组装膜热性能  103
    5.3.5 SPAEK-C-(MCNT-C/CS)_n组装膜的吸水率和溶胀率  103
    5.3.6 SPAEK-C-(MCNT-C/CS)_n组装膜的导电率、质子传导率和甲醇渗透率  103-107
  5.5 本章小结  107
  参考文献  107-112
第六章 利用磺化聚芳醚酮改性Nafion复合膜的制备与性能研究  112-130
  引言  112-113
  6.1 SPAEK-C/Nafion交联复合膜的制备和性能研究  113-119
    6.1.1 SPAEK-C/Nafion交联复合膜的制备  113-114
    6.1.2 c-Nafion交联膜的结构表征  114-116
    6.1.3 Nafion交联膜的热性能  116-117
    6.1.4 Nafion交联膜的IEC和吸水率  117-118
    6.1.5 Nafion交联膜的质子传导率和甲醇渗透率  118-119
  6.2 Nafion-(SPAEK-C/CS)_5交联组装膜的制备与性能表征  119-127
    6.2.1 Nafion-(SPAEK-C/CS)_5交联组装膜的制备  119-120
    6.2.2 Nafion-(SPAEK-C/CS)_n和c-Nafion-(SPAEK-C/CS)_n的紫外及红外分析  120-122
    6.2.3 Nafion-(SPAEK-C/CS)_n和c-Nafion-(SPAEK-C/CS)_n组装膜的形态  122-123
    6.2.4 Nafion-(SPAEK-C/CS)_n和c-Nafion-(SPAEK-C/CS)_n膜的热性能  123-124
    6.2.5 Nafion-(SPAEK-C/CS)_n和c-Nafion-(SPAEK-C/CS)_n膜的吸水率和溶胀率  124-125
    6.2.6 Nafion-(SPAEK-C/CS)_n和c-Nafion-(SPAEK-C/CS)_n膜的质子传导率和甲醇渗透率  125-127
  6.3 本章小结  127
  参考文献  127-130
第七章 结论  130-132
致谢  132-134
作者简介及科研成果  134-137

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 化学电源、电池、燃料电池 > 燃料电池
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