含萘磺化聚芳醚酮(酮)质子交换膜的制备及性能EI北大核心CSCD

通过直接缩聚法合成了含萘的磺化聚芳醚酮(sPEK)和磺化聚芳醚酮酮(sPEKK)2种系列的聚合物,并采用红外光谱、凝胶渗透色谱及热重分析分别表征和测试了聚合物的分子结构、相对分子质量及热性能。以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂,用溶液浇铸法制备质子交换膜,并对膜的离子交换容量(IEC)、吸水率、溶胀率、质子电导率及耐氧化稳定性分别进行了测试表征。结果表明,2种系列聚合物膜中磺化度较高者性能较好。但IEC相近的sPEK和sPEKK膜相比,前者的综合性能优于后者。如sPEK-50在80℃的吸水率为46.7%,溶胀率为21.3%,质子电导率为0.048S/cm,与Nafion117膜的溶胀率和电导率相近。另外,sPEK-50膜在Fenton’s试剂中浸泡1h后无质量损耗,耐氧化稳定性优于同类型芳香族聚芳醚酮膜,显示出较好的综合性能。     

含萘磺化聚芳醚酮(酮)质子交换膜的制备及性能

通过直接缩聚法合成了含萘的磺化聚芳醚酮(sPEK)和磺化聚芳醚酮酮(sPEKK)2种系列的聚合物,并采用红外光谱、凝胶渗透色谱及热重分析分别表征和测试了聚合物的分子结构、相对分子质量及热性能。以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂,用溶液浇铸法制备质子交换膜,并对膜的离子交换容量(IEC)、吸水率、溶胀率、质子电导率及耐氧化稳定性分别进行了测试表征。结果表明,2种系列聚合物膜中磺化度较高者性能较好。但IEC相近的sPEK和sPEKK膜相比,前者的综合性能优于后者。如sPEK-50在80℃的吸水率为46.7%,溶胀率为21.3%,质子电导率为0.048S/cm,与Nafion117膜的溶胀率和电导率相近。另外,sPEK-50膜在Fenton’s试剂中浸泡1h后无质量损耗,耐氧化稳定性优于同类型芳香族聚芳醚酮膜,显示出较好的综合性能。     

磺化聚醚砜膜的制备及其质子传导性能

以氯磺酸为磺化剂、浓硫酸为溶剂对聚醚砜进行磺化,得到具有良好亲水性能的磺化聚醚砜SPES膜。磺化度和湿度对磺化聚醚砜膜的电导率具有显著影响,磺化度为31.5%时,膜的电导率达到0.0163S.cm-1。当膜的亲水性能和吸水率增大,更多的水分子扩散到SPES的骨架体系中,并在含有-SO3H的亲水区之间形成水桥,有利于质子交换通道的形成和水合质子的传递,促进了电导率的提高。     

侧链磺化聚醚醚酮质子交换膜的制备及性能

为进一步提高磺化聚醚醚酮质子交换膜的尺寸稳定性、耐氧化性和质子电导率,从侧链结构出发设计制备了一种新的侧链型磺化聚醚醚酮质子交换膜.以磺化聚醚醚酮为聚合物主链,利用N,N′-羰基二咪唑(CDI)的活化作用将1-乙醇胺(MEA)与磺酸基团反应,从而延长侧链长度,再通过1,3-丙磺酸内酯的开环反应引入磺酸功能基团,最后采用溶胶-凝胶法制备出一系列新的侧链型磺化聚醚醚酮质子交换膜.对所制备的侧链型磺化聚醚醚酮质子交换膜分别进行了结构和性能表征.结果表明,该类侧链型磺化聚醚醚酮质子交换膜中产生了亲水/疏水相分离结构,并且具有适当的吸水率和较低的溶胀度(9.2%).该类质子交换膜具有更高的质子电导率,其中60℃时支化程度为80%的侧链型磺化聚醚醚酮质子交换膜的电导率高达0.096 S/cm.此外,制备的侧链型磺化聚醚醚酮质子交换膜也具有良好的机械性能、氧化稳定性和热稳定性.     

磺化聚酰亚胺/多孔聚四氟乙烯复合膜的制备与性能研究

采用表面活性剂对聚四氟乙烯多孔膜进行了表面亲水处理,然后与一种磺化聚酰亚胺膜进行复合,成功地制得了磺化聚酰亚胺/多孔聚四氟乙烯复合膜。该复合膜比相应的未复合的磺化聚酰亚胺膜具有更高的力学强度。与相同离子交换容量(IEC)的磺化聚酰亚胺共聚物膜相比,该复合膜具有相近的质子电导率,但其溶胀率和吸水率更低,显示出更好的综合性能。     

SPEEK/PEI@ILs复合质子交换膜的制备及PEMWE性能

以磺化度为75%的磺化聚醚醚酮(SPEEK)为原料,加入聚醚酰亚胺(PEI)和离子液体(ILs)制备SPEEK/PEI@ILs酸碱复合膜用于质子交换膜电解水制氢(PEMWE)中.研究复合膜的吸水率、溶胀度、质子电导率、热稳定性和相应的PEMWE性能.结果表明,SPEEK/PEI@ILs复合膜与商业Nafion117膜相比,具有相近的质子电导率和溶胀度,说明PEI的加入,增强了复合膜的尺寸稳定性.将SPEEK/PEI@ILs复合膜制备成膜电极并测试PEMWE性能,1 A/cm²电流密度下槽电压为2.75 V,在0.5 A/cm²@1.96(±0.03)V条件下能稳定运行10 h.     

亲水链段对磺化聚砜质子交换膜性能的影响

制备了萘磺酸型和芘磺酸型磺化聚砜(PSf-NS和PSf-TS)质子交换膜(PEM),探讨了在相同的磺酸基团含量下,亲水链段结构对PEM的吸水率、吸水溶胀率、质子传导率和抗氧化稳定性等的影响.结果显示,由于亲水基团远离聚合物主链,能够在纳米水平形成类似于Nafion膜的相分离结构,PSf-NS和PSf-TS PEM在高磺化度下能保持良好的尺寸稳定性.在相同的磺酸含量下, PSf-TS由于亲水链段少,吸水效率更高,亲水链段的磺酸基团数目多,有利于吸收水分的聚集,相分离结构更明显, PSf-TS在高吸水率下的尺寸稳定性、抗氧化稳定性和阻醇性能更好.其中PSf-TS-3膜在25和85℃的溶胀率仅为20.3%和48.1%,室温时的甲醇扩散系数(DK)仅为7.54×10~(-7) cm~2/s,优于商业化Nafion115膜在相同条件下的性能(16.8×10~(-7) cm~2/s),有望应用于燃料电池.     

三乙烯二胺交联季铵化聚芳醚砜电解质膜的制备与性能

采用聚芳醚砜为原料,经付克氯甲基化反应,以三乙烯二胺为交联剂,通过非均相和均相2种季铵化方式制备了2类燃料电池用交联型阴离子交换膜CQPAES。所制备CQPAES膜的离子交换容量为1. 15～1. 25 mmol/g。与非交联膜相比,交联膜的耐溶剂性、尺寸稳定性均得到了提高,在高温高压水中的水解稳定性、强碱条件下的化学稳定性显著增强。季铵化方式对交联膜性能影响的研究表明,均相季铵化膜与非均相季铵化膜相比,可更好地控制交联膜的溶胀,相应交联膜的离子电导率更高。交联剂加入量为0. 1～0. 2时,交联膜的综合性能最佳。     

一类含芴基和三氟甲基结构磺化聚芳酰胺的合成与表征

利用磺化二胺单体9,9-双(4-氨基苯基)芴-2,7-二磺酸和1,4-双(4-氨基-2-三氟甲基苯氧基)苯、4,4’-二甲酸二苯醚通过磷酰化共缩聚,制备了一系列同时含芴基和三氟甲基结构的磺化聚芳酰胺(SPA-50~SPA-70)。该类磺化聚芳酰胺特性黏度在0.80~0.94dL/g,离子交换容量(IEC)在1.44~1.98mequiv/g,并具有良好的溶解性和成膜性。进一步研究了该类磺化聚芳酰胺薄膜的吸水率、尺寸稳定性、化学稳定性、热稳定性以及质子传导性。研究发现,磺化度为70%的聚合物样品具有优良的综合性能:其在80℃时的吸水率为23.5%,溶胀率为8.6%,质子传导率为123mS/cm,在Fenton试剂中的耐氧化时间超过6h。     

一种非氟掺杂型质子交换膜材料的制备及表征

将自制的二氮杂萘酮类双酚(DHPZ)、磺化4,4'-二氯二苯砜(SDCS-Na),与商用双酚A(BPA)及4,4'-二氟二苯酮(DFK)进行溶液直接共缩聚反应,合成一系列磺化度可任意调控的新型磺化聚芳醚砜酮(SPBESKs)共聚物.将此聚合物与聚醚酮(PPEK)以7∶3(质量比)溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中配成10%(质量分数)的成膜液,60℃下刮制成膜.用FTIR、1H-NMR和特性粘度(η)等手段对聚合物进行了表征,并对膜的性能进行了研究.研究结果表明掺杂PPEK后成膜性提高,膜的含水率、溶胀率、离子交换能力(IEC)、水解稳定性、抗氧化性等随磺化度的变化呈一定的规律性,聚合物磺化度0.70和0.80的膜IEC值分别为1.04和1.29mmol/g.