新型聚苯并咪唑类高温质子交换膜的制备、表征及其交联改性研究
质子交换膜燃料电池是一类效率高、环境友好、启动快、便携的新式电源。高温(T≥100℃)下，其具有耐CO中毒、快的电极动力学、无阴极淹没、简化的冷却系统、可有效利用废热等优点。由于目前被广泛研究的全氟磺酸类质子交换膜（如Nafion(@)）只适合在低温(T＜100℃)下使用，且成本较高，因而其应用受到了限制。聚苯并咪唑类质子交换膜高温下具有较高的化学、热力学稳定性和机械性能，成为极具应用潜能的高温燃料电池膜材料。
本论文在总结前人研究的基础上，设计并制备了新型结构的含苯并咪唑基的二酸单体，然后缩聚得到线性多氮的聚苯并咪唑聚合物，并探索条件使其成膜，最后针对线性结构聚合物所成质子交换膜溶胀度大、机械强度小等不足，应用简单易操作的后交联改性方法，制备了性能优良的共价交联改性质子交换膜。具体研究内容如下:
1、成功制备了含苯并咪唑基的2，6-PDCA-BI-diacid和IPA-BI-diacid二酸单体，运用FT-IR、1HNMR和MS对所得单体进行了结构表征。优化了氧化条件，反应产率提高达80.56％。
2、以自制的二酸与市售的3，3'-二氨基联苯胺(DAB)在多聚磷酸中聚合，采用更为高效的微波加热法，成功制备了线性多氮的2，6-PDCA-BI-PBI和IPA-BI-PBI聚合物，并用同样的方法制备了传统聚合物2，6-PDCA-PBI和mPBI以示对比;
3、通过红外光谱、凝胶渗透色谱(GPC)、热重(TGA)和溶解性测试对所得聚合物进行了结构和性质测定。结果表明，所得聚合物在强非质子溶剂及强质子酸中均具有较好的溶解性，且其数均分子量和重均分子量的数量级均达到105，通过TGA测试得到在0～550℃温度范围内，热损失不到15％，800℃时热损失不到35％，表明其均具有较好的热稳定性。
4、以DMAc为溶剂，以1，3-二溴丙烷为交联剂，应用溶液挥发法，成功得到了不同交联程度的交联改性膜。对非交联膜及交联膜的结构和热力学化学稳定性、机械强度、酸掺杂水平和质子传导率等性能进行了测定。结果表明，2，6-PDCA-BI-PBI-5％膜和IPA-BI-PBI-3％膜具有较好的性能，160℃时，质子传导率分别达32.75mS·cm-1和30.73mS· cm-1，具有在高温燃料电池中应用的潜能。
聚苯并咪唑;燃料电池;质子交换膜;磷酸掺杂;交联改性;制备工艺
北京化工大学
硕士
化学
汪中明
2013
中文
TM911.48;TQ425.236
94
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）