含強(qiáng)極性氰基陰離子交換膜的制備及性能研究.pdf

1、陰離子交換膜燃料電池HEMFCs，由于其成本低且耐久性好的潛能，受到大家愈來(lái)愈多的關(guān)注。陰離子交換膜AEM作為其核心部件之一，可使用非貴重金屬催化劑，可提高燃料反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速率，可減少燃料泄露提高安全性及燃料利用率。但由于其弱穩(wěn)定性，一定程度阻礙了HEMFC的應(yīng)用。因此，以含強(qiáng)極性氰基的2，6-二氟苯腈DFBN為核心單體，合成聚合物聚苯醚腈PEN和聚芳醚腈PAN，制備了PEN-ImOH、PEN-MmOH和PAN-MmOH膜并對(duì)比分析其性能

2、，結(jié)合密度泛函理論，進(jìn)一步理論證明了氰基與側(cè)鏈陽(yáng)離子基團(tuán)的作用力提高了膜的堿性穩(wěn)定性。
　　本研究首先通過(guò)雙酚A與DFBN縮聚合成PEN，再通過(guò)經(jīng)典的氯甲基化、咪唑鎓化制備PEN-ImOH膜并研究其性能。與商業(yè)化聚砜PSf材料制備的PSf-ImOH膜相比，此類似結(jié)構(gòu)的聚合物主鏈PEN比PSf更穩(wěn)定。PEN-ImOH膜，電導(dǎo)率高78%，溶脹率降低59%，堿穩(wěn)提高11%。其次，以更穩(wěn)定的PEN為主鏈，N-甲基嗎啡啉為官能團(tuán)，制備PEN

3、-MmOH膜，與PEN-ImOH膜對(duì)比，非共軛的雜環(huán)嗎啡啉官能團(tuán)比咪唑更穩(wěn)定。PEN-MmOH比PEN-ImOH膜，電導(dǎo)率高84%，溶脹率低64%，堿穩(wěn)提高大于25%。并且，運(yùn)用密度泛函理論，探究了氰基與陽(yáng)離子基團(tuán)的作用力，可減小水合膜中官能團(tuán)周圍的自由體積，控制AEM的溶脹度，縮小OH-的進(jìn)攻空間；且氰基提高了官能團(tuán)的LUMO能，進(jìn)而改善膜的堿穩(wěn)，與實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果一致。為進(jìn)一步提高含強(qiáng)極性氰基AEMs的電導(dǎo)率，以DFBN為主體無(wú)規(guī)共聚合