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用于直接甲醇燃料电池的新型磺化聚芳醚酮质子交换膜材料的制备与性能研究

张杨  
【摘要】:本论文从分子设计出发合成了一系列不同磺化度的侧链含有羧基的磺化聚芳醚酮(C-SPAEKs)。通过性能测试发现:该类磺化聚合物在较高的磺化度下具有较高的质子传导率,但是高的吸水率以及较差的阻醇性能限制了其在直接甲醇燃料电池领域的应用。为了降低膜的吸水率、提高膜的阻醇性能,我们利用聚合物中羧基的活性对C-SPAEKs进行了如下改性:1)通过羧基与邻苯二胺的反应将苯并咪唑基团引入到磺化聚合物体系中,利用碱性的苯并咪唑基团与酸性的磺酸基之间的相互作用,来降低膜的吸水率,提高膜的尺寸稳定性;2)通过羧基与电子云密度较大的苯环在加热条件下发生酰基化反应,合成了一系列具有较高磺化度的自交联型质子交换膜材料,交联网络的引入不但降低了膜的吸水率,还显著地提高了膜的尺寸稳定性以及阻醇能力;3)合成了一种大分子交联剂“六氟双酚A型环氧酚醛树脂”,通过羧酸盐与环氧基团在加热条件下的固化开环反应,制备了一系列具有不同交联程度的质子交换膜材料,这种交联方法能够提高膜的交联度,从而最大程度地降低膜的吸水率,抑制膜的溶胀。最后,我们合成了一系列具有不同离子交换容量(IEC)的侧链型磺化聚芳醚酮。通过性能测试我们发现,在具有相似IEC的前提下,本文中的侧链型磺化聚芳醚酮与传统的主链型磺化聚芳醚酮相比表现出较低的吸水率和较好的尺寸稳定性,同时其质子传导率也要高于后者,表现出更好的应用前景。


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