磷酸基團(tuán)修飾無機(jī)粒子填充型有機(jī)-無機(jī)雜化質(zhì)子交換膜.pdf

1、質(zhì)子傳導(dǎo)性能的強(qiáng)化是質(zhì)子交換膜研究的關(guān)鍵問題。將磷酸基團(tuán)引入質(zhì)子交換膜是提高膜質(zhì)子傳導(dǎo)率的有效途徑，如何簡便有效地實現(xiàn)磷酸基團(tuán)的固定是磷酸化質(zhì)子交換膜面臨的主要挑戰(zhàn)。本研究以無機(jī)納米材料為載體，通過共價鍵或包裹方式實現(xiàn)磷酸基團(tuán)的固定，并與高分子膜基質(zhì)混合制備了磷酸化有機(jī)-無機(jī)雜化膜。利用磷酸基團(tuán)優(yōu)異的導(dǎo)質(zhì)子性能及其與無機(jī)載體間的協(xié)同作用，實現(xiàn)質(zhì)子傳導(dǎo)性能的強(qiáng)化。
　　以TiCl4為前驅(qū)體，氨基三亞甲基膦酸（ATMP）為磷酸化試劑，

2、在磺化聚醚醚酮（SPEEK）中原位生成粒徑約為50nm的二氧化鈦顆粒（TiO2），制備了SPEEK/原位磷酸化二氧化鈦雜化膜。ATMP通過穩(wěn)定的共價鍵與TiO2連接，均勻分散于SPEEK中。磷酸化TiO2的加入增加了膜內(nèi)質(zhì)子傳遞位點數(shù)，提高了質(zhì)子傳遞通道的連續(xù)性，從而強(qiáng)化了膜的質(zhì)子傳導(dǎo)性能。填充量為6wt.％的雜化膜在65℃、飽和濕度下質(zhì)子傳導(dǎo)率達(dá)0.334S·cm-1，較純SPEEK膜高63.7%。
　　利用多巴胺的自聚作用在片

3、狀氧化石墨烯（GO）表面包裹一層聚多巴胺，得到多巴胺修飾的GO（DGO），利用邁克爾加成反應(yīng)將阿侖膦酸負(fù)載到DGO表面，制得磷酸化氧化石墨烯（PGO），并填充到Nafion膜基質(zhì)中制備了Nafion/磷酸化氧化石墨烯雜化膜。PGO的加入提高了膜的吸水保水能力，密集分布于片狀GO上的磷酸基團(tuán)在膜內(nèi)構(gòu)建出新型質(zhì)子傳遞通道，同時強(qiáng)化了飽和濕度和低濕度下的質(zhì)子傳導(dǎo)性能。填充量2wt.%的雜化膜，110℃、飽和濕度下質(zhì)子傳導(dǎo)率可達(dá)0.277S·c

4、m-1，為純Nafion重鑄膜的2.2倍；80℃、40RH%時，質(zhì)子傳導(dǎo)率達(dá)0.0441S·cm-1，為純Nafion重鑄膜的7.6倍。
　　采用水熱法合成了具有規(guī)則三維孔道結(jié)構(gòu)的MIL-101(Cr)，并利用“瓶中船”法以磷酸氫二鈉和鎢酸鈉為單體在其孔道內(nèi)原位合成磷鎢酸，將其填充到SPEEK中制備了SPEEK/MIL101負(fù)載磷鎢酸雜化膜。由于磷鎢酸粒徑大于MIL-101(Cr)窗口尺寸，因此可有效防止磷鎢酸的流失。MIL-10