磺化聚醚醚酮及其納米復(fù)合質(zhì)子交換膜的制備與性能研究.pdf

1、直接甲醇燃料電池(DMFC)是一種直接以甲醇作燃料的新型質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)，具有能量效率高、清潔無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)今最有前景的清潔能源之一。質(zhì)子交換膜(PEM)是DMFC的核心組成部件之一，擔(dān)負(fù)著傳導(dǎo)質(zhì)子并分隔陰陽(yáng)極的雙重作用，對(duì)燃料電池的運(yùn)行狀況起著決定性的作用。但是現(xiàn)在廣泛使用的全氟磺酸膜不僅價(jià)格昂貴，還存在著嚴(yán)重的甲醇滲透問(wèn)題，大大降低了燃料電池的性能。因此，需要開發(fā)價(jià)格低廉、燃料透過(guò)率低的無(wú)氟磺化高分子材料?；撬峄?/p>

2、聚醚醚酮(SPEEK)具有相對(duì)高的導(dǎo)質(zhì)子性、良好的熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能，且廉價(jià)易得，是一種很好的質(zhì)子交換膜材料。
　　本文成功制備了一系列以乙醇/水混合溶液為溶劑的SPEEK質(zhì)子交換膜。與以DMAc為溶劑的質(zhì)子交換膜相比，質(zhì)子電導(dǎo)率得到提高。成膜溫度對(duì)膜的性能有很大的影響。較低的成膜溫度有利于親水相聚集，促進(jìn)相分離。同時(shí)，促進(jìn)膜表面磺酸基團(tuán)的聚集排布，從而膜具有更高的質(zhì)子。首先利用聚多巴胺和十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)在石墨相碳化氮

3、(GraphiticCarbon Nitride，g-C3N4)的吸附作用，制備了兩種改性g-C3N4。將其與SPEEK摻雜制備了SPEEK/改性g-C3N4復(fù)合質(zhì)子交換膜。聚多巴胺和SDBS上的親水基團(tuán)使g-C3N4納米片與SPEEK基體的界面相容性提高，復(fù)合膜中離子簇相密度增加，親水區(qū)連接性更好，膜中質(zhì)子流動(dòng)性增強(qiáng)。摻雜改性g-C3N4的復(fù)合膜的質(zhì)子電導(dǎo)率得到提高。g-C3N4納米片與SPEEK相互作用，使聚合物鏈的流動(dòng)性被抑制，甲

4、醇滲透率降低。通過(guò)將SDBS和g-C3N4均勻分散的混合液直接與SPEEK鑄膜液共混制備了SPEEK/g-C3N4/SDBS復(fù)合質(zhì)子交換膜。g-C3N4分散均勻，與SPEEK聚合物基質(zhì)的界面相容性大大改善。SPEEK基體中形成連續(xù)的親水通道，離子簇密度增加，膜中質(zhì)子流動(dòng)性增強(qiáng)。此外，SDBS表面的磺酸根與SPEEK聚合物相互作用，形成連續(xù)的離子簇，增加了導(dǎo)電通路。制備的SPEEK/g-C3N4/SDBS復(fù)合質(zhì)子交換膜的質(zhì)子電導(dǎo)率有很大提