一、磺化聚酰亚胺质子导电材料的研究进展（论文文献综述）
张正东[1]（2021）在《含咪唑基磺化聚酰亚胺燃料电池质子交换膜的研究》文中认为质子交换膜（PEM）是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的重要组成部件,有阻隔燃料与电解质和作为质子传导介质的双重作用。杜邦公司生产的Nafion膜因其优异的质子电导率和化学稳定性而成为商业化的质子交换膜。然而Nafion全氟磺酸膜制备工艺复杂且价格昂贵,阻碍了其在燃料电池上的广泛应用。磺化非氟类聚合物膜因为优异的质子电导率、聚合物结构可设计性、良好的热稳定性和化学稳定性成为PEM研究的重中之重。其中磺化聚酰亚胺（SPI）因其良好的质子电导率、机械性能和热稳定性,成本较Nafion低廉,非氟材料环境友好等特点成为优质的质子交换膜材料。研究表明含咪唑基团的磺化聚合物有着出色的抗自由基氧化稳定性,有醚键的磺化聚合物膜有着更加出色的柔韧性。本文从聚合物结构设计出发,设计合成了新型含咪唑基和醚键的非磺化二胺单体,即2-（4’-（4-氨基苯氧基）-[1,1’-联苯]-4-基）-6-氨基-1H-苯并咪唑（AABBI）,通过无规共聚制备不同配比的SPI。从中筛选出综合性能较好的SPI,分别与木质素磺酸钠（SLS）和磺化介孔二氧化硅（SMCM）共混,制备SPI/SLS和SPI/SMCM质子交换复合膜。合成了新型含咪唑基的非磺化二胺单体,利用该非磺化二胺单体与1,4,5,8-萘四甲酸二酐（NTDA）和市售磺化二胺单体2,2’-双磺酸联苯胺（BDSA）无规共聚,在不同的二胺摩尔比下（BDSA/AABBI=2/1,4/1）制备了两种SPI。通过对SPI质子交换膜性能的表征,筛选出综合性能最佳的膜为SPI（NTDA-BDSA/AABBI（2:1））质子交换膜。SPI（NTDABDSA/AABBI（2:1））膜的离子交换容量为2.01 meq/g,在90℃完全水合状态下质子电导率为0.238 S/cm,拉伸强度达到39 MPa,是Nafion117膜的1.46倍。SPI（NTDA-BDSA/AABBI（2:1））膜在80℃的Fenton试剂完全溶解时间为580min,在80℃的水解稳定性大于360h。研究表明AABBI的加入改善了常用市售单体BDSA合成SPI膜的抗自由基氧化稳定性、热稳定性、柔韧性和水解稳定性。选用综合性能最佳SPI膜NTDA-BDSA/AABBI（2:1）与木质素磺酸钠共混,制备了一系列SPI/SLS（5%、10%、15%、20%）复合膜。低掺杂量SLS的引入提高了SPI/SLS复合膜的机械性能,其中SPI/SLS-10%复合膜的拉伸强度55.0 MPa,是纯SPI膜的1.40倍,是Nafion117膜的2.06倍。SLS的引入提高了所有SPI/SLS复合膜的IEC和含水率。由于SLS的吸水和自身溶胀,SPI/SLS复合膜厚度方向和平面方向上的溶胀上升,导致尺寸稳定性下降。SLS在高掺杂量（15 wt.%-20 wt.%）时抗自由基氧化稳定性和水解稳定性有所降低。SLS增加的羟基和磺酸基使SPI/SLS复合膜的亲水区域增加,羟基与SPI上的磺酸基形成的氢键,加强了质子跳跃,增加了质子传导速率。其中SPI/SLS-20%复合膜在90°C质子电导率达到了0.299 S/cm,是纯SPI膜的1.26倍。综合性能最优的是SPI/SLS-10%复合膜。SPI/SLS-10%复合膜在90°C质子电导率达到了0.282 S/cm,是纯SPI膜的1.18倍。SPI/SLS-10%复合膜拉伸强度达到55.0 MPa,是纯SPI膜的1.40倍,是Nafion117膜的2.06倍。由于SLS的吸水和自身溶胀,SPI/SLS-10%复合膜在室温下厚度方向上和平面方向上的溶胀增大,降低了其的尺寸稳定性。SPI/SLS-10%复合膜水解稳定性与纯SPI膜相同,抗自由基氧化稳定性和纯SPI膜相比稍有下降。选用综合性能最佳SPI膜NTDA-BDSA/AABBI（2:1）和磺化介孔二氧化硅共混,制备了一系列SPI/SMCM（2%、4%、6%、8%、10%）复合膜。低掺杂量SMCM的引入提高了SPI/SMCM复合膜的机械性能,其中SPI/SMCM-2%复合膜的拉伸强度（46.2 MPa）,是纯SPI膜的1.18倍,是Nafion117膜的1.73倍。SMCM的引入提高了SPI/SMCM复合膜（2wt.%-10wt.%）的含水率。SMCM的引入导致聚合物链的刚性形成,导致SPI/SMCM复合膜断裂伸长率降低。SMCM的引入在SPI/SMCM膜内形成支撑结构抑制了SPI/SMCM复合膜（2wt.%-10wt.%）的厚度方向上的溶胀,提高了复合膜的尺寸稳定性。SMCM在高掺杂量（8 wt.%-10 wt.%）时抗自由基氧化稳定性和水解稳定性有所降低。SMCM增加的磺酸基使SPI/SMCM复合膜的亲水区域增加,使质子传导的离子簇通道更多,增加了质子传导速率;同时SMCM的引入,还可以在杂化膜中形成可供质子传输的辅助通道,提高了复合膜的质子电导率。其中SPI/SLS-20%复合膜在90°C质子电导率达到了0.330 S/cm,是纯SPI膜的1.39倍。综合性能最优的是SPI/SMCM-4%复合膜。SPI/SMCM-4%复合膜在90°C质子电导率达到了0.259 S/cm,是纯SPI膜的1.09倍。SPI/SMCM-4%复合膜在室温下厚度上的溶胀为0.63倍,提高了其的尺寸稳定性。SPI/SMCM-4%复合膜拉伸强度37.1 MPa,是Nafion膜的1.39倍。SPI/SMCM-4%复合膜水解稳定性与纯SPI膜相同,抗自由基氧化稳定性和纯SPI膜相比稍有下降。
龙俊[2]（2021）在《支化芳香型高分子及其复合膜的设计、制备及应用研究》文中进行了进一步梳理全钒氧化还原液流电池（VRFB）具有可调整的功率和容量、快速的反应时间、长循环寿命、高安全性和可靠性及环境友好等特性,被视为是一种有前景的大型储能系统。作为VRFB中的关键组成部件之一,隔膜不仅需要抑制钒离子的交叉渗透,并且需要传输质子形成通路。迄今为止,全氟磺酸Nafion系列膜因其优异的化学稳定性和质子导电率而被广泛应用于VRFB。然而,其在VRFB中大规模的商业应用前景受制于高昂的成本、严重的水迁移现象和钒离子渗透率等缺点。因此,亟需开发具有优异的阻钒性能和化学稳定性、杰出的质子选择性和低廉的成本等优点的理想VRFB用隔膜材料。论文采用分子结构设计和共混改性的方法制备了一系列基于支化聚酰亚胺（bSPI）高分子的隔膜材料,并研究了它们的理化性能及VRFB性能。主要研究内容如下:（1）以甲基纤维素和1,4-丁烷磺内酯为原料,通过开环接枝反应合成了新型功能填料磺化甲基纤维素（s-MC）。此外,以1,4,5,8-萘四甲酸二酐（NTDA）、1,3,5-三（4-氨基苯氧基）苯（TAPOB）、2,2-双[4-（4-氨基苯基氧基）苯基]丙烷（BAPP）以及2,2′-双磺酸联苯胺（BDSA）单体为原料,控制s-MC填料的比例,制备了一系列不同s-MC含量的bSPI/s-MC复合膜。根据各项表征结果,bSPI/s-MC复合膜的阻钒性能明显优于Nafion 115膜,因此bSPI/s-MC系列复合膜的质子选择性均高于Nafion115膜。其中,bSPI/s-MC-20%复合膜展现出最为优异的综合理化性能。此外,在130-40 mA cm-2下,相较于Nafion 115膜,装配bSPI/s-MC-20%复合膜的VRFB单电池展现出更长的开路电压（OCV）时间,更高的容量保留率,库伦效率（CE）和能量效率（EE）。（2）通过亲核取代反应、氰基水解反应和分子内脱水反应,以间苯三酚和4-硝基邻苯二甲腈等原料成功合成了支化三酐单体:1,3,5-三（3,4-酸酐苯氧基）苯（TADPOB）。通过传统的高温缩聚反应,调控TFAPOB和BDSA两种单体的比例,制备了双支化节SPI（dbSPI-x）膜。dbSPI-x膜的阻钒性能十分优异,且dbSPI-50膜的质子选择性约为Nafion 212膜的68倍。在VRFB单电池循环性能测试中:在相同的电流密度下,装配dbSPI-50膜的VRFB的CE,EE和容量保留率均高于装配Nafion212膜的电池。此外,dbSPI-50膜的成本(107.50$m-2)仅为Nafion 212膜的九分之一。（3）以TFAPOB、BDSA、BAPP和NTDA为原料制备了不同磺化度的含氟支化SPI（fbSPI-x）膜。根据各项表征结果:fbSPI-x膜展现出较Nafion 212膜低的钒离子渗透率,其中,fbSPI-50膜具的质子选择性约为Nafion 212膜的4.18倍。在电流密度180-120 mA cm-2下,fbSPI-50膜的容量保留率（85.3-91.8%）高于Nafion 212膜（63.3-73.1%）,且展现了良好的循环稳定性。
罗惠玲[3]（2021）在《氨基酸小分子有机凝胶的自组装及其复合质子交换膜》文中进行了进一步梳理在能源紧缺问题亟待解决的今天,质子交换膜燃料电池（PEMFC）因其具有低排放,便携性,高能量密度的优点而广受关注。作为PEMFC的核心,质子交换膜（PEM）应具有良好的质子传导性、阻醇性和化学稳定性。然而商业化Nafion膜因成本高、高温下质子传导率低等缺点限制了其进一步广泛应用,研发性能更加优异的PEM已成为领域的研究热点。近年来利用纳米纤维比表面积高、长径比大等特点来构建质子传递通道已成为提高质子传导性的重要方法。受自然界生物体内质子传导机制启发,本论文利用氨基酸类小分子有机凝胶的自组装特性,提出了构建氨基酸自组装纳米纤维质子传递通道的研究思路。主要研究内容如下:首先研究了苯丙氨酸（Phe）在不同溶剂中的自组装规律,通过实验观察和模拟计算证实了正丙醇/水的混合溶液更有利于Phe自组装和传递质子;再利用溶液喷射纺丝技术纺制了尼龙6（PA6）纳米纤维网作为支撑,使Phe在PA6纳米纤维网内自组装制备了Phe-PA6多级复合纳米纤维网,进而制备了Phe-PA6-Nafion复合质子交换膜。研究结果表明,Phe-PA6复合纳米纤维的引入有效提高了质子交换膜的吸水性,同时其骨架作用有效抑制了复合膜的溶胀,提高了其尺寸稳定性。Phe自组装纳米纤维构建的有序质子传递路径使Phe-PA6-Nafion复合膜较Nafion膜有更好的质子传导性,在100℃,100%RH时质子传导率达到0.241S/cm。论文进一步研究了高温低湿下具有优异质子传导性的复合膜,通过对L-胱氨酸的衍生物N,N′-二苯甲酰基-L-胱氨酸（DBC）的自组装规律进行的研究,使其在Nafion溶液中自组装,制备了DBC-Nafion质子交换膜,利用DBC凝胶的吸湿保水性有效提高了DBC-Nafion复合膜的吸水性及保水性,同时利用其长程有序的氨基酸质子传递通道和自组装纤维在低湿条件下的质子传导特性有效改善了Nafion膜在高温低湿条件下的质子传导率,在100℃,60%RH条件下DBC-Nafion-9的质子传导率达到0.117S/cm,较Nafion膜提高了四倍;在120℃,60%RH时DBC-Nafion-3仍保持0.096S/cm的质子传导率,较Nafion膜提高了八倍以上。
张蔚[4]（2020）在《含氟磺化聚酰亚胺质子交换膜的制备及其分子动力学模拟》文中研究指明质子交换膜燃料电池（PEMFC）重量轻、效率高、废气排放低,在汽车、固定和便携式电源等领域受到广泛关注,质子交换膜是PEMFC中的不可或缺的组分。其中,全氟磺酸膜如Nafion?具有优异的化学和物理稳定性同时具有高质子传导率,因而被视为最先进的PEMFC之一。然而,成本高、燃料渗透率高以及高温不可用性限制了Nafion?的应用。磺化聚酰亚胺膜（SPI）作为全氟磺酸膜的替代材料,具有高热稳定性、高机械稳定性、低燃料渗透及高质子传导率。然而SPI膜的耐水解稳定性较差,高磺化度膜在水中会过度吸水导致溶胀,严重影响机械性能。本论文针对SPI性能上的不足,从膜材料的化学结构入手,在SPI的分子主链中引入含氟基团,制备系列新型含氟磺化聚酰亚胺薄膜（FPI）,系统研究氟含量对薄膜的热稳定性、尺寸稳定性、质子传导率、甲醇渗透率以及耐水解稳定性的影响规律。为了保证实验的可行性,在展开实验前使用Materials Studio 8.0软件对不同氟含量的聚酰亚胺进行分子动力学（MD）模拟。构建模型,能量和几何优化、动力学平衡以确保模型的可用性,预测不同氟含量的磺化聚酰亚胺的力学性能和质子电导率,为试验提供依据。预测得到随着含氟基团-CF3的引入,拉伸模量、剪切模量和体积模量减小,-CF3增加分子间距离使分子间作用力变弱。预测氟含量为10%时,得到的质子电导率最大。以1,4,5,8-萘四甲酸二酐（NTDA）作为六元环二酐单体,采用2,2’-联苯胺二磺酸（BDSA）作为磺化二胺单体,采用2,2’-双（三氟甲基）-4,4’-二氨基联苯（TFMB）作为含氟二胺单体。改变BDSA和TFMB的摩尔比,合成不同氟含量的FPI,探究氟含量对FPI性能的影响。热分析和力学性能测试表明合成的FPI膜具有良好的热稳定性和机械性能。FPI拉伸强度范围为87.56-137.26 MPa,高于Nafion?117的23MPa。在30℃下FPI的质子电导率范围为0.054-0.131S/cm,除了FPI50外,FPI的质子传导率均高于Nafion?117,这是膜中的磺酸基团与引入的含氟基团协同作用的结果。随着氟含量增加,膜的尺寸稳定性、抗自由基氧化稳定性、耐水解稳定性增加,质子电导率稍有下降,这一结果也与分子动力学模拟的预测结果一致。为探究进一步的提高PEM质子电导率的方式,利用MS 8.0软件构建碳纳米管（CNTs）复合FPI模型,预测CNTs添加量对于PEM的力学性能和质子电导率的影响。预测在一定含量范围内,CNTs的加入可以增加膜的力学强度和模量,且在2 wt%时,模型的拉伸模量达到最大。预测除CNTs掺杂量为5.0%的复合膜,所有质子传导率值均高于不添加CNTs模型的质子传导率值。
张文迎[5]（2020）在《氢分离质子—电子双相复合膜的制备与性能》文中研究表明氢气是工业生产中的重要原料,同时它也是一种绿色环保、可再生的新型能源。但是,由于氢的活泼性自然界中没有游离的氢气,其主要通过煤化工以及石油加工而获得,难于直接获得纯氢。因此,氢气的分离纯化技术已经成为氢能应用中的关键技术。在各种氢气分离技术中,膜分离法是当前研究的热点,但是现有的氢气分离膜存在一些缺点,比如:钯膜造价昂贵,质子导体陶瓷膜使用温度高等。鉴于此,本论文开发了一种用于中低温氢气分离的质子-电子混合导电双相复合膜。首先,以聚醚醚酮（PEEK）为原料,用浓硫酸做磺化试剂制备不同磺化度的磺化聚醚醚酮（SPEEK）。主要研究了磺化温度和磺化时间对SPEEK磺化度和SPEEK膜性能的影响。结果表明:磺化温度越高,磺化速率越快,磺化时间越长,SPEEK的磺化度越大;在60℃下,磺化3～7 h后,SPEEK的磺化度在51.1%～85.4%之间,随着SPEEK磺化度的升高,SPEEK膜的吸水性和溶胀度提高,SPEEK膜的机械性能降低。依据这些性能,综合确定磺化度为72%的SPEEK作为复合膜的质子导电相。然后,以磺化度为72%的SPEEK作为质子导电相、以抗坏血酸还原后的还原氧化石墨烯（rGO）为电子导电相,采用流延联合溶剂挥发法制备SPEEK与rGO双相复合膜。主要考察了rGO掺杂量对SPEEK-rGO双相复合膜结构与透氢性能的影响。结果表明:rGO的掺杂改善了膜的机械强度,但是,随着rGO掺杂量的提高,导致其在膜内产生团聚现象;透氢结果显示掺杂3 wt%rGO的双相复合膜透氢性能最好,在300℃时,其氢气渗透速率为0.089 m L·min-1·cm-2;并且,在240℃下可以稳定运行100 h。通过在SPEEK-rGO双相复合膜中掺杂磷钨酸（HPW）,利用流延联合溶剂挥发法制备了致密的SPEEK-HPW-rGO复合膜,主要考察了HPW的掺杂量对复合膜结构和性能的影响。SEM和EDX表征结果表明,HPW在膜中呈现均匀分散状态;氢渗透性能测定表明,复合膜的氢气渗透速率随着HPW掺杂量的增大而增大;双相复合膜的氢气渗透速率也随着氢分压增大而增大;在300℃,掺杂50 wt%HPW的双相复合膜氢气渗透速率为0.15 m L·min-1·cm-2,并且,在240℃可以稳定运行120h。
禹华国[6]（2020）在《含杂萘酮的磺化聚芳硫醚氧膦质子交换膜的制备与表征》文中研究指明质子交换膜燃料电池是一种清洁高效的新能源发电装置,受到广泛的关注。质子交换膜是燃料电池的核心部件之一。目前,杜邦公司生产的Nafion膜是广泛使用的商业膜。但Nafion膜由于价格高、耐甲醇性差、高温低湿环境下电导率急剧下降等缺点,限制了其进一步发展。因此,磺化芳香类聚合物质子交换膜成为目前的研究热点,其中含杂萘酮基的磺化聚芳硫醚氧膦质子交换膜是一类高性能聚合物。由于二氮杂萘酮基团易与磺酸基团形成氢键作用,能有效抑制溶胀,以及氧膦基团具有耐氧化性、保湿性、与有机或无机粒子的粘结性较好等优点,使得该类聚合物质子交换膜具有优良的综合性能。本文首先通过单体结构设计,用直接缩聚法,合成了高离子交换容量（IEC）的一系列双磺化聚二氮杂萘酮硫醚氧膦（ds PPTPO-x）聚合物质子交换膜。与100%磺化度的单磺化聚二氮杂萘酮硫醚氧膦（s PPTPO-100）相比,IEC相同时,ds PPTPO-x系列膜的综合性能优于s PPTPO-100膜。通过调节聚合物磺化度和磺酸基团的分布,能够有效提高质子交换膜的尺寸稳定和电导率等性能。例如,ds PPTPO-55聚合物膜在80°C下的吸水率为56.97%,溶胀率为14.77%,电导率为0.101 S/cm。表现出较好的综合性能,具有一定的应用前景。
刘闪闪[7]（2018）在《燃料电池用磺化聚芳硫醚砜质子交换膜的改性研究》文中研究指明质子交换膜（Proton exchange membrane,PEM）作为质子交换膜燃料电池的核心部分,具有提供离子通道传递H+和隔绝两极物质的双重作用,PEM性能的好坏直接影响着电池性能的优劣。磺化聚芳硫醚砜（Sulfonated polyaryl sulfide sulfone,SPTES）作为一种新型的PEM材料,具有质子交换容量（Proton exchange capacity,IEC）高,质子电导率高,热稳定性好等优点,但在高湿度下或水中极易溶胀。而六元环的聚酰亚胺（Polyimide,PI）在水中具有优异的尺寸稳定性,本论文合成了SPTES,并对SPTES分别进行PI嵌段改性和不同的磺化聚酰亚胺（Sulfonated polyimide,SPI）共混改性。第一,合成主链含有亲水段与疏水段的嵌段芳香族共聚物,形成高效的质子传导通道。本章通过逐步缩聚合成了带有氨端基的磺化聚芳硫醚砜（SPTES-NH2）亲水段以及酸酐封端的PI疏水段。嵌段聚合物SPTES-b-PI通过不同分子量的SPTES-NH2与不同分子量的PI的酰亚胺化偶联反应来合成,制备出了不同嵌段长度的SPTESx-b-PIy（x=5,10 kg/mol;y=5,10,15,20 kg/mol）。SPTES10-b-PIy膜显示出优异的热稳定性;与SPTES-100和SPTES-70相比具有更低的吸水率,更好的尺寸稳定性,SPTES10-b-PIy的质子传导率均高于PEM的最低要求（10 mS/cm）。第二,首先合成三乙胺盐形式的SPTES（SPTES-TEA）。接着以1,4,5,8-萘四羧酸二酐与不同的二胺单体2,2’-双磺酸联苯胺（BDSA）和4,4’-二氨基二苯醚（ODA）反应合成了两种磺化聚酰亚胺（SPI-BDSA,SPI-ODA）;采用溶液浇铸法制备了两类具有不同SPI比重的磺化聚芳硫醚砜/磺化聚酰亚胺（SPTES/SPI-BDSA,SPTES/SPI-ODA）共混质子交换膜。SEM结果表明两种聚合物,尤其是SPTES/SPI-BDSA膜具有良好的相容性。并对共混膜进行各项性能测试,共混膜的吸水率、溶胀率降低,共混膜显示出比SPTES-70更高的尺寸稳定性,其中SPTES/SPI-ODA共混膜的效果更好。共混膜的质子传导率远高于PEM的最低要求（>10 mS/cm）,与同等条件下的SPTES-70具有相近的质子传导率。
夏子君[8]（2017）在《基于聚苯并咪唑的新型高分子电解质膜的制备与性能研究》文中研究表明高分子电解质膜是燃料电池和全钒液流电池等清洁能源装置的核心部件,从实际应用来看,高分子电解质膜必须具备优异的化学和电化学稳定性、较高的离子（质子或氢氧根）导电率、良好的机械性能和较低的溶胀率。聚苯并咪唑（PBI）作为一类具有优异化学稳定性、热稳定性、良好阻燃性、纺丝和成膜性俱佳的高性能聚合物在高温质子交换膜燃料电池（PEMFC）领域已经获得了广泛研究,但其在中低温质子交换膜燃料电池、碱性阴离子交换膜燃料电池（AAEMFC）和全钒液流电池（VRFB）方面的应用研究报道还比较少。本论文通过接枝和交联反应、反应共混等方法对PBI进行功能化处理,制备了一系列不同结构的PBI高分子电解质膜,并探讨了其在碱性阴离子交换膜燃料电池、中低温质子交换膜燃料电池和全钒液流电池中的应用。在碱性阴离子交换膜研究方面,本论文开展了两方面的工作,合成了两类碱性阴离子交换膜:含季铵侧基的聚苯并咪唑交联膜（第二章）和聚苯并咪唑/季铵化聚乙烯基咪唑共混交联膜（第三章）。在第二章中,首先以5-氨基间苯二甲酸（APTA）和3,3’-二氨基联苯胺（DAB）为单体合成了一种含有侧氨基的聚苯并咪唑（NH2-PBI）,然后将NH2-PBI中的部分侧氨基与环氧吗啉型季铵盐（MGMC）进行接枝反应,通过控制氨基与环氧基团的摩尔比,合成了一系列具有不同离子交换容量（IEC）的季铵化聚苯并咪唑（QPBI）,再利用剩余的侧氨基与双酚A环氧树脂（BADGE）进行交联反应,制得了一系列QPBI共价交联膜。这些膜在60℃,6 mol L-1氢氧化钠溶液中浸泡一周后,其力学强度没有显着降低,显示出优异的耐碱性。氢氧根离子电导率随着离子交换容量的增加和温度的升高而增加。由MGMC与NH2-PBI的摩尔比为2:1所制得的碱性阴离子交换膜的氢氧根离子电导率最高,在80℃达到56 m S cm-1。然而,加速老化实验结果表明季铵吗啉基团的在高温强碱性介质中的化学稳定性较差,且膜的离子交换容量越高,稳定性越差。在第三章中探索了制备碱性阴离子交换膜的另一种方法,即以碱性的咪唑鎓盐代替季铵吗啉盐。首先以乙烯基咪唑为单体原料,通过自由基聚合得到聚乙烯基咪唑（PVI）,然后将其与1-溴代正己烷进行季铵化反应,生成聚乙烯基咪唑鎓盐（QPVI-Hx）。将4,4’-二羧基二苯醚（DCDPE）和3,3’-二氨基联苯胺（DAB）在伊顿试剂中140℃下通过缩聚反应合成制得聚醚苯并咪唑（OPBI）。再将聚醚苯并咪唑均聚物（OPBI）与季铵化度75%的聚乙烯基咪唑（QPVI-Hx 75%）以不同质量比共混,并在制膜过程中加入1,6-二溴己烷（1,6-二溴己烷既可参与季铵化反应,又能起到交联剂的作用）,再通过氢氧根离子交换,得到一系列不同离子交换容量（IEC）的OPBI/QPVI-Hx 75%交联共混阴离子交换膜。OPBI具有优异的机械性能和抗氧化性,是十分优异的增强材料。在OPBI含量较低（≤40%）时,所制得的膜是透明均一的,随着OPBI含量的升高,所制得的膜机械性能增大,溶胀率降低,电导率也降低。当OPBI和QPVI-Hx 75%的质量比为1/9时（OPBI/QPVI-Hx 75%0.1/0.9）,膜在80℃的超纯水中电导率达到16.7 m S cm-1;同时有着较好的机械性能,拉伸强度达到24 MPa,断裂伸长率为199%;并且有着较低的溶胀率,在平面方向为13.2%,厚度方向为10.4%（60℃的水中浸泡6 h）。另外,采用苄基溴作为季铵化试剂,与PVI进行反应,得到另一种聚乙烯基咪唑鎓盐（QPVI-Bz）。再将其与含有侧氨基的聚苯并咪唑（NH2-PBI）以不同质量比共混。以1,6-二溴己烷和双酚A型环氧树脂为交联剂,通过控制聚乙烯基咪唑鎓盐（QPVI-Bz）与含有侧氨基的聚苯并咪唑（NH2-PBI）的质量比及交联剂用量,制备出一系列具有不同离子交换容量（IEC）的交联共混膜,再通过离子交换,得到NH2-PBI/QPVI-Bz氢氧根离子交换膜。通过改变主链增强材料,季铵化试剂和交联方式,得到一种新型的碱性阴离子交换膜。当H2N-PBI和QPVI-Bz的质量比为1/1（H2N-PBI/QPVI-Bz=0.5/0.5）时,所制得的膜是透明均一的,即这两种聚合物有着良好的相容性;提高聚乙烯基咪唑鎓盐的比例,当H2N-PBI/QPVI-Bz=0.1/0.9时,膜的电导率在80℃下电导率达到23 m S cm-1;当H2N-PBI/QPVI-Bz=0.2/0.8时,膜表现出了良好的综合性能,有着较高的拉伸强度（33 MPa）,较低的溶胀率（约8%,60℃的水中浸泡6 h）,且有着较高的氢氧根电导率(15.2 m S cm-1,80℃超纯水中)。然而,加速老化实验结果表明:咪唑鎓阳离子基团在强碱性介质中的稳定性较差。第四章中开展了质子交换膜的研究工作。首先,使用过量的1,4,5,8-萘四甲酸二酐（NTDA）与4,4’-二氨基二苯醚-2,2’-二磺酸（ODADS）进行缩聚反应,通过控制这两种单体的摩尔比,制得了具有不同分子量的酸酐封端的磺化聚酰亚胺（SPI-m,m=3,5,7,这里,m指平均聚合度）预聚物。然后,利用所制得的预聚物的酸酐端基与第二章中所合成的H2N-PBI的侧氨基进行接枝/交联反应,制得了一系列具有不同离子交换容量(0.70-1.67 meq g-1)的质子交换膜。这些薄膜具有良好的机械强度（55-80 MPa）和热稳定性（磺酸基的热分解温度约为300℃）。膜的质子导电率随离子交换容量的增加而增大。其中,由SPI-7所制得的交联膜（命名为:SPI-7/H2N-PBI）的质子导电率最高,其在60℃、100%相对湿度下的质子导电率为92 ms cm-1,接近Nafion 117膜的质子导电率。所制备的交联膜在100℃的去离子水中浸泡两个月依然保持稳定,显示出良好的水解稳定性。相比之下,一种离子交换容量与SPI-7/H2N-PBI相近的未交联磺化聚酰亚胺薄膜NTDA-ODADS/ODA（1:1,这里,ODA指4,4’-二氨基二苯醚）在相同条件下浸泡5小时后就完全失去机械性能,这说明交联结构极大改善了在膜在水中的稳定性。此外,所有的交联薄膜的溶胀都表现出各向异性的特性,即平面方向的尺寸变化率（Δl）较小（4-5%）,然而,厚度方向的尺寸变化率（Δt）较大（12-22%）,这种较小的平面方向尺寸变化率有利于提高燃料电池使用寿命。Fenton测试结果表明,所有交联膜的抗自由基氧化性能显着优于未交联膜。随着社会的发展,传统燃料被大量消耗引发了一系列严重的环境问题,绿色能源如风能和太阳能在近年来得到了人们的广泛关注。然而可再生能源在自然界中不是连续存在的,需要安全高效的大型电储能装置才能得到利用。全钒液流电池由于具备周期寿命长,成本低和能量效率高等优点,是最有前途的电储能装置之一。而全钒液流电池要实现高能量密度、高能量效率和较长的使用寿命,高性能的电池隔膜是必不可少的核心部件。从第五章到第七章,制备了三种不同类型的离子交换膜用作钒电池隔膜,并表征了其性能,评价其在全钒液流电池中的应用。第五章表述了硫酸掺杂型聚醚苯并咪唑隔膜的制备与性能研究。以4,4’-二羧基二苯醚（DCDPE）和3,3’-二氨基联苯胺（DAB）为单体原料合成了一种聚醚苯并咪唑均聚物（OPBI）,合成方法同第三章。用溶液浇铸法制得了具有良好力学性能的薄膜（拉伸强度:120 MPa）。咪唑基的碱性特征使得OPBI薄膜可以进行硫酸掺杂,而且膜的硫酸掺杂水平随着硫酸浓度的增大而提高。当硫酸溶液浓度为10 mol L-1时,其硫酸掺杂水平达到120 wt%。OPBI薄膜在硫酸溶液中的溶胀显示出各向异性,即膜平面方向的尺寸变化率很小（Δl<5%）,显示出很好的尺寸稳定性。薄膜的质子电导率随着硫酸浓度的提高而提高,以10 mol L-1硫酸掺杂的OPBI膜在室温和75%相对湿度的大气环境中的质子电导率为4.3×10-3 S cm-1,约为Nafion 117膜质子电导率(9.1×10-3 S cm-1)的一半。用5或10 mol L-1硫酸掺杂的OPBI薄膜,即使其厚度仅为28 um,也显示出优异的阻钒性能。例如,用10 mol L-1硫酸掺杂的OPBI薄膜（厚度:28 um）组装的单电池放置216小时后其开路电压仅发生微小的下降（从1.50 V降至1.31V）,而用Nafion117组装的单电池放置仅46小时后其开路电压就发生显着降低（从1.50 V降至0.70 V）。充放电循环测试结果表明用10 mol L-1硫酸掺杂的OPBI薄膜（厚度:28 um）组装的单电池在60m A cm-2电流密度下经过200次循环后其能量效率没有发生显着衰减,显示出良好的稳定性,且其能量效率与由Nafion117组装成的单电池相当。考虑到对于全钒液流电池的应用,阴离子交换膜比阳离子交换膜有更好的阻钒性能,因此在第六章中,将共价交联阴离子交换膜OPBI/QPVI-Hx（制备方法同第三章）作为全钒液流电池隔膜,评价其组装的全钒液流电池的电池性能。由于Donnan离子排斥效应,这类膜具有优良的阻钒性能,其钒离子透过率比Nafion 117膜低3–4个数量级。用这一系列膜组装的全钒液流电池由于其极低的钒离子透过率,具有比Nafion 117膜组装的电池更高的库伦效率,和更低的自放电率。其中用OPBI/QPVI-Hx（3/7）膜组装的电池在300次充放电循环后性能几乎没有下降,显示了优异的稳定性。在第七章中,制备了一种新型的磺化的含有侧氨基的聚醚苯并咪唑的质子交换膜,用作全钒液流电池的电解质隔膜。首先,以4,4’-二羧基二苯醚（DCDPE）、5-氨基间苯二甲酸（APTA）和3,3’-二氨基联苯胺（DAB）为单体,合成了一种含有侧氨基的聚醚苯并咪唑共聚物OPBI-NH2,再利用后磺化技术,制备了磺化的含有侧氨基的聚苯并咪唑共聚物SOPBI-NH2（x/y）,x/y指单体DCDPE与APTA的摩尔比。以双酚A型环氧树脂为交联剂,用溶液浇铸法制得了一系列具有良好机械性能的含侧氨基的磺化聚苯并咪唑交联膜（CSOPBI-NH2（x/y））。这种膜和Nafion117相比,钒离子VO2+透过率要低3–4个数量级,离子选择性（质子和钒离子）要高出6–30倍。用CSOPBI-NH2（x/y）膜和Nafion117膜组装成全钒液流电池来进行充放电性能的比较。由于CSOPBI-NH2（x/y）膜具有极低的钒离子透过率,用CSOPBI-NH2（x/y）膜组装的全钒液流电池相比用Nafion117膜组装的全钒液流电池,具有更高的库伦效率和更低的自放电率。其中用CSOPBI-NH2（9/1）膜组装的全钒液流电池显示出非常高的能量效率,在60 m A cm-2的电流密度下为85%,且在完成300次充放电后,性能几乎没有下降。综合第五章到第七章,这三种膜,硫酸掺杂的聚醚苯并咪唑膜、聚醚苯并咪唑/季铵化聚乙烯基咪唑共价交联膜和含侧氨基的磺化聚醚苯并咪唑交联质子交换膜在全钒液流电池中都有着良好的应用前景。除了所有这些基于聚苯并咪唑的电解质膜外,附录中还开展了磺化聚苯乙烯-聚四氟乙烯交联复合膜的研究工作。以聚苯乙烯树脂为原料,通过后磺化反应并控制反应条件,合成了IEC为3.98 meq g-1的磺化聚苯乙烯,再与经过表面亲水处理的聚烯烃微孔膜进行复合,制得磺化聚苯乙烯/聚烯烃微孔膜复合膜,最后再在含五氧化二磷的甲磺酸溶液中进行交联处理（80℃,5-15分钟）,制得了具有不同交联密度和IEC的磺化聚苯乙烯/聚烯烃微孔膜交联复合膜。与相应的未交联膜相比,该磺化聚苯乙烯/聚烯烃微孔膜交联复合膜具有更高的拉伸强度,显着降低的溶胀率和吸水率,而质子导电率的降低程度相对较小。例如,经过15分钟交联处理的复合膜在80℃的去离子水中的质子导电率达到0.16 S cm-1,与Nafion 112相当,但其溶胀率仅为12%（平面方向）和3%（厚度方向）,而相应的未交联膜中的磺化聚苯乙烯组分在80℃的去离子水中完全溶解,丧失质子传导功能。这种磺化聚苯乙烯/聚烯烃微孔膜交联复合膜制备工艺简单,成本低廉,综合性能优异,在全钒液流电池和质子交换膜燃料电池上有着潜在的应用前景。
苗守雷[9]（2016）在《氧化石墨功能化及其复合型质子交换膜的制备与性能研究》文中研究表明质子交换膜燃料电池具有低温启动、无电解质泄露、能量转换率高、腐蚀性低、寿命长和不污染环境等特点,在军事、航天、区域性电站和电动汽车等领域具有重要的应用前景。本文合成了氧化石墨（GO）、磺酸基团功能化氧化石墨（FGO）、三氮唑功能化氧化石墨（NGO）、固体超强酸（S-ZrO2）、高分子聚合物磺化聚芳醚酮砜（STPEKS）、2,5-聚苯并咪唑（ABPBI）和聚苯并咪唑（PBI）,制备了四个系列未见报道的功能化氧化石墨复合型质子交换膜:GO/ABPBI系列、NGO/PBI系列、NGO/S-ZrO2/ABPBI系列和FGO/STPEKS系列。利用红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、小角X射线散射（SAXS）等对所制备的材料进行了结构表征。系统研究了复合膜的热学性能、抗氧化性、甲醇渗透率、机械性能、质子传导及单电池等方面的性能,讨论了功能化氧化石墨的复合对质子交换膜上述性能的影响及其规律。研究发现复合膜中含有磺酸基团功能化氧化石墨FGO的片层结构能够阻止甲醇的渗透,有效避免质子交换膜使用过程中因甲醇泄露引起催化剂中毒问题。同时,FGO的引入为复合膜质子传导率的提高提供了有利条件,FGO5/P（P代表STPEKS）的质子导率在25℃和80℃分别为0.12 S/cm和0.23 S/cm,比Nafion117（质子导率0.064 S/cm/25℃、0.12 S/cm/80℃）提高约1倍,比未功能化的GO5/P25℃时的质子导率（0.089 S/cm）提高26%。对功能化氧化石墨复合型质子交换膜的电池性能研究结果表明:在160℃下,S-ZrO2/NGO/ABPBI（1.0）、PBI/NGO（1.9）复合膜的最大功率密度分别233mW/cm2、254mW/cm2;在80℃、100%RH下,FGO5/P膜的最大功率密度达到371mW/cm2,比相同条件下Nafion117（最大功率密度为309 mW/cm2）提高20%,比未复合FGO的纯STPEKS（最大功率密度为257 mW/cm2）提高44%。
李全涛[10]（2016）在《基于石墨烯功能化的聚合物纳米复合材料的制备与应用研究》文中进行了进一步梳理石墨烯（Graphene）是一类由单层碳原子通过共价键结合形成的碳类纳米材料,其内部为二维片层状结构,由安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫等于2004年首先制备得到。其独特的电性能、优异的机械和力学性能、导热性、低密度和高比表面积等使得其在许多领域中具备巨大的应用潜力,包括超级电容器、纳米电子学、催化剂、能量储存和活性材料转换器、传感器和复合材料增强等领域。聚酰亚胺（PI）具有优异的综合性能,如优良的机械性能、良好的加工性、耐化学性、低介电常以及耐热稳定性好等,因此被认为是一类重要的高性能聚合物,已被广泛用于航空航天、气体分离、燃料电池、汽车、微电子、光学和膜领域。然而,在PI的实际运用中存在着溶解性差、静电电荷易积累和散热差等问题。超支化聚合物的结构独特、物化性能优异,吸引了众多研究者的关注,特别是其末端存在一些官能团,可以进行功能化封端或者链接反应。将超支化结构引入到PI中,使其不仅保持了优良的耐高温稳定性、高强度、高模量等,而且超支化结构赋予其具有良好的有机溶解性、低粘度和无晶性。但是,由于超支化聚酰亚胺分子结构比较特殊,其综合性能或多或少存在着一些不理想。众所周知,通过对聚酰亚胺进行有机或无机杂化,或复合都可以提高其综合性能,进而使其得到更广泛地应用。石墨烯（GE）已被证明是一种可以作为添加物加入到PI材料中去,且对其部分性能有所改进,但这种改进是极为有限的,主要是存在与PI的难相容的问题。虽然GE/PI复合材料的界面作用问题可以通过改性GE使其表面活性基团和PI主链之间形成强的共价键来解决,但这种类型纳米复合材料的实际改善效果不如预期的好。将GE或改性GE加入到聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂、聚苯胺等中去,能够改性其机械性能、热稳定性、电性能和气体阻隔性能。可惜的是,GE不能够稳定的分散在中水中。种子乳液聚合是最近发展迅速且用来制备聚合物乳液的方法之一。因此,本论文拟从以下方面开展研究工作:（1）首先以（3-氨丙基）三甲氧基硅烷对GO进行化学改性和还原反应,得到含有自由氨基的rGO-NH2,将其作为共聚单体与商品化的4,4’-二氨基二苯醚（ODA）单体和4,4’-氧双邻苯二甲酸酐（ODPA）、2,2-双（4-二羧酸基苯氧基苯基）丙烷（BPADA）等二酐单体,在N,N’-二甲基甲酰胺（DMF）溶剂中进行原位无规溶液共缩聚反应得到聚酰胺酸前驱体（PAA）,然后在水平玻璃板上进行成膜,再经过热酰亚胺化制备出一系列不同含量的rGO-NH2/聚酰亚胺纳米复合材料。通过红外光谱（FTIR）、扫描电镜（SEM）、X-光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）和拉曼光谱（Raman）表征对GO和rGO-NH2的化学结构、组成以及微观形貌的进行测试并来证实了改性和还原反应,奠定了后续聚合反应的基础。通过表征所制得的纳米复合材料的玻璃化转变温度、拉伸模量、断裂伸长率和拉伸强度（Tg）较纯的PI均有所提高,同时通过观察微观结构形貌来进一步研究了 rGO-NH2的加入量对相关性能的影响。（2）将依次经过3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）化学改性和还原得到的含有自由氨基的石墨烯（rGO-NH2）作为共聚单体,与商品化的二胺单体4,4’-二氨基二苯醚（ODA）和二酐单体均苯四甲酸二酐（PMDA）、1,4,5,8-萘四甲酸二酐（NTADA）,在N,N’-二甲基甲酰胺（DMF）进行原位无规溶液共缩聚得到PAA前驱体溶液,然后在玻璃平板上流延成膜,最后进行热酰亚胺化得到一系列不同含量的还原的氧化石墨烯/聚酰亚胺（rGO/PI）纳米复合材料。对纳米复合材料的化学结构、组成和微观形貌的一系列测试和表征,且所制备的纳米复合材料在热稳定性和电性能方面得到显着提高。（3）在上述研究的基础上,自主合成出BB2’三胺单体——2,4,6-三（4-氨基苯基吡啶）（TAPP）,再将KH-550改性的石墨烯（rGO-NH2）与商品化的六氟二酐（6FDA）,采用溶液缩聚反应方法,通过不同的滴加工艺,分别制备出酐基封端超支化聚酰亚胺（AD-HBPI）、KH550-GE末端改性超支化聚酰亚胺（（KH550-GE）-g-AD-HBP）和三元共聚KH550-GE改性超支化聚酰亚胺（（KH550-GE）-co-HBPI）三种材料。不同的滴加工艺所制备的纳米复合材料在热稳定性和电性能方面也有所差异。（4）以实验室自制的新型乳化剂和十二烷基硫酸钠复配乳化剂,以甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸丁酯（BA）、苯乙烯（St）和丙烯酸（AA）作为共聚反应单体,采用预乳化-半连续种子乳液聚合法,合成出画布涂料专用苯丙乳液。在此基础上,用油酸-十二烷基硫酸钠来改性石墨烯,采用预乳化半连续种子乳液聚合反应法来制备得到油酸-十二烷基硫酸钠改性石墨烯/苯丙乳液复合材料。相对于纯的苯丙乳液,油酸-十二烷基硫酸钠改性石墨烯/苯丙乳液复合纳米材料的热稳定性和抗静电性均得到提高。（5）采用预乳化半连续种子乳液聚合方法,首先将Tween 80和AE0-9进行醅化和璜化反应,其产物再与OP-10进行复配,以MMA、AA和BA为共聚单体制备从出颜料用高光丙烯酸酯乳液I;采用预乳化半连续种子乳液聚合法,以OP-10、烷基酚聚氧乙烯醚磺基琥珀酸二钠和脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠来复配乳化剂,以MMA、AA和BA为共聚单体,以双丙酮丙烯酰胺（DAAM）为功能性单体制备从出颜料用高光丙烯酸酯乳液II。利用红外光谱（FTIR）、透射电镜（TEM）、粒径测试（PCS）等对上述两种高光聚合物乳液的结构和性能等进行了一系列的分析与表征。（6）在此基础之上,通过用油酸-十二烷基硫酸钠体系分别对GO和GE进行改性,继续采用上述复配型乳化剂,以MMA、BA、AA为单体,以过硫酸铵为引发剂,以羟甲基丙烯酰胺作为交联剂,采用种子乳液聚合法先后合成出纯丙乳液、油酸-十二烷基硫酸钠改性氧化石墨烯/聚合物乳液和油酸-十二烷基硫酸钠改性石墨烯/聚合物乳液,对三种聚合物乳液的结构和性能进行了表征与分析。综上所述,本论文通过APTMS、KH550和油酸-十二烷基硫酸钠等对GO进行化学改性和还原,得到不同类型的rGO或rGO-NH2,分别采用溶液缩聚和种子乳液聚合方法进一步制备出一系列高性能的聚合物纳米复合材料,这为发展功能多样化的聚合物纳米复合材料提供了一些有益的尝试。
二、磺化聚酰亚胺质子导电材料的研究进展（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、磺化聚酰亚胺质子导电材料的研究进展（论文提纲范文）
（1）含咪唑基磺化聚酰亚胺燃料电池质子交换膜的研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 质子交换膜燃料电池简介 |
| 1.2 质子交换膜研究进展 |
| 1.2.1 全氟磺酸质子交换膜 |
| 1.2.2 部分氟化质子交换膜 |
| 1.2.3 无氟化质子交换膜 |
| 1.3 磺化聚酰亚胺研究进展 |
| 1.3.1 磺化二胺单体对SPI性能影响研究 |
| 1.3.2 非磺化二胺单体对SPI性能影响研究 |
| 1.3.3 酸酐对SPI性能影响研究 |
| 1.3.4 交联SPI的研究 |
| 1.4 磺化介孔二氧化硅质子交换复合膜研究进展 |
| 1.5 木质素磺酸盐质子交换复合膜研究进展 |
| 1.6 课题的提出及研究内容、目的和意义 |
| 2 含咪唑基磺化聚酰亚胺质子交换膜的制备与性能研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验内容 |
| 2.2.1 实验原料与实验仪器 |
| 2.2.2 含咪唑基新非磺化二胺单体的制备 |
| 2.2.3 磺化聚酰亚胺的制备 |
| 2.2.4 磺化聚酰亚胺质子交换膜的制备 |
| 2.2.5 表征与性能测试 |
| 2.3 结果讨论 |
| 2.3.1 非磺化二胺单体化学结构表征 |
| 2.3.2 SPI质子交换膜电镜分析 |
| 2.3.3 SPI质子交换膜热重分析 |
| 2.3.4 SPI质子交换膜力学性能分析 |
| 2.3.5 SPI质子交换膜IEC、含水率和溶胀度 |
| 2.3.6 SPI质子交换膜抗自由基氧化稳定性和水解稳定性 |
| 2.3.7 SPI质子交换膜质子电导率分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 磺化聚酰亚胺/木质素磺酸钠质子交换复合膜的制备与性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验内容 |
| 3.2.1 实验原料与实验仪器 |
| 3.2.2 磺化聚酰亚胺/木质素磺酸钠质子交换复合膜的制备 |
| 3.2.3 表征与性能测试 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 SPI/SLS质子交换复合膜溶剂选择 |
| 3.3.2 SPI/SLS质子交换复合膜红外光谱分析 |
| 3.3.3 SPI/SLS质子交换复合膜电镜分析 |
| 3.3.4 SPI/SLS质子交换复合膜热重分析 |
| 3.3.5 SPI/SLS质子交换复合膜力学性能分析 |
| 3.3.6 SPI/SLS质子交换复合膜IEC、含水率与溶胀度 |
| 3.3.7 SPI/SLS质子交换复合膜抗自由基氧化稳定性和水解稳定性 |
| 3.3.8 SPI/SLS质子交换复合膜质子电导率分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 磺化聚酰亚胺/磺化介孔二氧化硅质子交换复合膜的制备与性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验内容 |
| 4.2.1 实验原料与实验仪器 |
| 4.2.2 磺化介孔二氧化硅的合成 |
| 4.2.3 磺化聚酰亚胺/磺化介孔二氧化硅质子交换复合膜的制备 |
| 4.2.4 表征与性能测试 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 SMCM化学结构表征 |
| 4.3.2 SPI/SMCM质子交换复合膜溶剂选择 |
| 4.3.3 SPI/SMCM质子交换复合膜红外光谱分析 |
| 4.3.4 SPI/SMCM质子交换复合膜电镜分析 |
| 4.3.5 SPI/SMCM质子交换复合膜热重分析 |
| 4.3.6 SPI/SMCM质子交换复合膜力学性能分析 |
| 4.3.7 SPI/SMCM质子交换复合膜IEC、含水率和溶胀度 |
| 4.3.8 SPI/SMCM质子交换复合膜的抗自由基氧化稳定性和水解稳定性 |
| 4.3.9 SPI/SMCM质子交换复合膜质子电导率分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 结论和展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间研究成果 |
| 致谢 |
（2）支化芳香型高分子及其复合膜的设计、制备及应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 全钒氧化还原液流电池 |
| 1.2.1 全钒氧化还原液流电池工作原理 |
| 1.2.2 全钒氧化还原液流电池的特点 |
| 1.2.3 全钒氧化还原液流电池的应用 |
| 1.2.4 全钒氧化还原液流电池的研究现状 |
| 1.3 全钒氧化还原液流电池的关键材料 |
| 1.3.1 电极 |
| 1.3.2 电解液 |
| 1.3.3 隔膜 |
| 1.4 全钒氧化还原液流电池用隔膜材料研究进展 |
| 1.4.1 Nafion膜 |
| 1.4.2 磺化芳香型高分子膜 |
| 1.4.3 磺化聚酰亚胺膜 |
| 1.5 本课题研究意义、目的及主要内容 |
| 2 实验部分 |
| 2.1 实验试剂和材料 |
| 2.2 实验仪器和装置 |
| 2.3 s-MC、单体和膜的表征 |
| 2.3.1 FTIR,ATR-FTIR和~1H NMR表征 |
| 2.3.2 形貌表征 |
| 2.3.3 机械性能及热稳定性表征 |
| 2.3.4 吸水率、溶胀率及离子交换容量测试 |
| 2.3.5 化学稳定性测试 |
| 2.3.6 钒离子渗透率、面电阻、质子导电率及质子选择性测试 |
| 2.3.7 VRFB单电池性能测试 |
| 3 bSPI/s-MC复合膜的制备及性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 s-MC的合成及bSPI/s-MC复合膜的制备 |
| 3.2.1 s-MC的合成 |
| 3.2.2 bSPI/s-MC复合膜的制备 |
| 3.3 s-MC的FTIR和~1H NMR结果与讨论 |
| 3.4 膜的测试结果与讨论 |
| 3.4.1 ATR-FTIR |
| 3.4.2 吸水率、溶胀率和离子交换容量 |
| 3.4.3 机械性能 |
| 3.4.4 质子导电率、钒离子渗透率和质子选择性 |
| 3.4.5 化学稳定性 |
| 3.4.6 VRFB单电池性能 |
| 3.4.7 循环前后膜形貌、ATR-FTIR及机械性能 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 双支化节SPI膜的制备及性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 TADPOB单体的合成与双支化节SPI膜的制备 |
| 4.2.1 TADPOB单体的合成 |
| 4.2.2 双支化节SPI膜的制备 |
| 4.3 单体的表征结果与讨论 |
| 4.4 膜的测试结果与讨论 |
| 4.4.1 ATR-FTIR和~1H NMR |
| 4.4.2 吸水率、溶胀率及离子交换容量 |
| 4.4.3 热稳定性和机械性能 |
| 4.4.4 钒离子渗透率、面电阻和质子选择性 |
| 4.4.5 化学稳定性 |
| 4.4.6 VRFB单电池性能 |
| 4.4.7 形貌 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 含氟支化SPI膜的制备及性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 含氟支化SPI膜的制备 |
| 5.3 膜的测试结果与讨论 |
| 5.3.1 ATR-FTIR和~1H NMR |
| 5.3.2 吸水率、溶胀率及离子交换容量 |
| 5.3.3 钒离子渗透率、面电阻和质子选择性 |
| 5.3.4 化学稳定性 |
| 5.3.5 VRFB单电池性能 |
| 5.3.6 形貌 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
（3）氨基酸小分子有机凝胶的自组装及其复合质子交换膜（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 燃料电池质子交换膜研究进展 |
| 1.1.1 含氟质子交换膜 |
| 1.1.2 无氟质子交换膜 |
| 1.1.3 复合质子交换膜 |
| 1.2 质子传递通道构建方法研究进展 |
| 1.2.1 微相分离法 |
| 1.2.2 模板法 |
| 1.2.3 纳米杂化法 |
| 1.3 纳米纤维及其制备技术研究进展 |
| 1.3.1 静电纺丝技术 |
| 1.3.2 溶液喷射纺丝技术 |
| 1.3.3 自组装技术 |
| 1.4 氨基酸类小分子凝胶自组装概述 |
| 1.4.1 肽类分子自组装 |
| 1.4.2 氨基酸衍生物分子自组装 |
| 1.4.3 氨基酸分子自组装 |
| 1.4.4 氨基酸质子传导理论 |
| 1.5 本论文研究意义及内容 |
| 第二章 Phe-PA6 多级纳米纤维改性Nafion质子交换膜 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 实验试剂与仪器 |
| 2.2.2 Phe的自组装纤维制备 |
| 2.2.3 PA6 纳米纤维膜的制备 |
| 2.2.4 Phe-PA6 三维多级纳米纤维膜的制备 |
| 2.2.5 Phe-PA6-Nafion纳米纤维复合质子交换膜的制备 |
| 2.2.6 性能表征 |
| 2.3 测试结果与讨论 |
| 2.3.1 Phe自组装形态结构及复合纳米纤维的形态结构表征 |
| 2.3.2 分子动力学计算与分析 |
| 2.3.3 Phe及复合纳米纤维网的红外光谱测试(FTIR)分析 |
| 2.3.4 Phe及复合纳米纤维网的X射线衍射(XRD)分析 |
| 2.3.5 复合膜的微观形貌分析 |
| 2.3.6 复合膜的X射线衍射分析 |
| 2.3.7 复合膜的热稳定性分析 |
| 2.3.8 复合膜的吸水性及溶胀性分析 |
| 2.3.9 复合膜的质子传导性测试分析 |
| 2.3.10 复合膜的甲醇渗透性分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 DBC自组装纳米纤维及其Nafion复合质子交换膜 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 实验试剂及仪器 |
| 3.2.2 DBC自组装纤维的制备 |
| 3.2.3 DBC-Nafion复合质子交换膜的制备 |
| 3.2.4 性能表征 |
| 3.3 测试结果与讨论 |
| 3.3.1 DBC自组装过程形态观察 |
| 3.3.2 DBC自组装纤维形态结构表征 |
| 3.3.3 DBC自组装纳米纤维的FTIR分析 |
| 3.3.4 DBC自组装纳米纤维的XRD分析 |
| 3.3.5 复合膜的微观形貌分析 |
| 3.3.6 复合膜的X射线衍射分析 |
| 3.3.7 复合膜的机械性能测试与分析 |
| 3.3.8 复合膜的热稳定性分析 |
| 3.3.9 复合膜的吸水性和保水性分析 |
| 3.3.10 复合膜的离子交换容量分析 |
| 3.3.11 复合膜的质子传导性测试分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 结论与展望 |
| 4.1 结论 |
| 4.2 展望 |
| 参考文献 |
| 硕士期间主要科研成果 |
| 致谢 |
（4）含氟磺化聚酰亚胺质子交换膜的制备及其分子动力学模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 燃料电池概况 |
| 1.3 质子交换膜 |
| 1.3.1 质子交换膜的要求和种类 |
| 1.3.2 全氟磺酸型质子交换膜 |
| 1.3.3 磺化聚酰亚胺质子交换膜 |
| 1.3.4 含氟磺化聚酰亚胺质子交换膜 |
| 1.4 质子交换膜的改性 |
| 1.4.1 质子交换膜的化学降解 |
| 1.4.2 聚合物的形态结构改性 |
| 1.4.3 有机-无机复合改性 |
| 1.5 分子动力学模拟的研究现状 |
| 1.6 本文的主要研究内容 |
| 第2章 试验材料与研究方法 |
| 2.1 实验药品和仪器 |
| 2.1.1 实验药品 |
| 2.1.2 实验仪器 |
| 2.2 聚合物的合成 |
| 2.3 质子交换膜的制备 |
| 2.4 结构表征 |
| 2.5 性能测试 |
| 第3章 FPI力学性能和质子扩散性能预测 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 分子动力学模拟的参数设定 |
| 3.2.1 力场 |
| 3.2.2 统计系综 |
| 3.2.3 控温方法 |
| 3.2.4 控压方法 |
| 3.3 建立、优化和平衡聚合物模型 |
| 3.3.1 建立FPI模型 |
| 3.3.2 能量优化和几何优化FPI模型 |
| 3.3.3 动力学平衡FPI模型 |
| 3.4 FPI模型物理性质预测 |
| 3.4.1 FPI模型结构 |
| 3.4.2 FPI模型密度 |
| 3.4.3 FPI模型的溶解度参数 |
| 3.5 FPI模型的力学性能预测 |
| 3.6 FPI模型的质子电导率预测 |
| 3.6.1 质子传输原理 |
| 3.6.2 FPI模型的质子电导率预测 |
| 3.7 径向分布函数及配位数 |
| 3.8 本章小结 |
| 第4章 含氟磺化聚酰亚胺FPI的制备及性能研究 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 FPI的制备 |
| 4.3 FPI的结构表征 |
| 4.3.1 FPI的核磁表征 |
| 4.3.2 FPI的红外表征 |
| 4.4 FPI的性能测试 |
| 4.4.1 FPI的热稳定性 |
| 4.4.2 FPI的离子交换容量、吸水率、溶胀率测试 |
| 4.4.3 FPI的抗自由基氧化性与耐水解稳定性测试 |
| 4.4.4 FPI的机械性能 |
| 4.4.5 FPI的甲醇渗透率 |
| 4.4.6 FPI的质子电导率 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 CNTs/FPI力学性能和质子扩散性能模拟 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 建立、优化和平衡CNTs/FPI模型 |
| 5.2.1 建立CNTs/FPI模型 |
| 5.2.2 能量优化和几何优化CNTs/FPI模型 |
| 5.2.3 动力学平衡CNTs/FPI模型 |
| 5.3 CNTs/FPI模型物理性质模拟 |
| 5.3.1 CNTs/FPI模型图 |
| 5.3.2 CNTs/FPI模型的密度 |
| 5.3.3 CNTs/FPI模型溶解度参数 |
| 5.4 CNTs/FPI模型的力学性能模拟 |
| 5.5 CNTs/FPI模型的质子电导率模拟 |
| 5.6 径向分布函数及配位数 |
| 5.7 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（5）氢分离质子—电子双相复合膜的制备与性能（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 文献综述 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 氢气分离膜 |
| 1.2.1 多孔膜及其传递机理 |
| 1.2.2 致密膜及其传递机理 |
| 1.3 质子交换膜 |
| 1.3.1 全氟磺酸质子交换膜 |
| 1.3.2 部分氟化质子交换膜 |
| 1.3.3 非氟质子交换膜 |
| 1.4 非氟质子交换膜的改性 |
| 1.4.1 有机共混改性 |
| 1.4.2 化学交联改性 |
| 1.4.3 无机掺杂改性 |
| 1.5 杂多酸及杂多酸掺杂聚合物膜 |
| 1.5.1 杂多酸简介 |
| 1.5.2 杂多酸-聚合物膜掺杂 |
| 1.6 论文的研究思路及研究内容 |
| 第二章 SPEEK的制备与性能 |
| 2.1 前言 |
| 2.2 实验药品与实验仪器 |
| 2.2.1 实验仪器 |
| 2.2.2 实验药品 |
| 2.3 材料制备 |
| 2.3.1 SPEEK的制备 |
| 2.3.2 SPEEK膜的制备 |
| 2.4 结构表征和性能测试 |
| 2.4.1 结构表征 |
| 2.4.2 SPEEK磺化度的测定 |
| 2.4.3 SPEEK膜的电导率测试 |
| 2.4.4 SPEEK膜的机械性能测试 |
| 2.4.5 SPEEK膜的干湿性变性测试 |
| 2.5 结果与讨论 |
| 2.5.1 SPEEK磺化度分析 |
| 2.5.2 FT-IR谱图分析 |
| 2.5.3 SPEEK的晶体结构 |
| 2.5.4 SPEEK膜的质子电导率 |
| 2.5.5 SPEEK膜的机械性能分析 |
| 2.5.6 SPEEK膜的吸水率和溶胀性 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 SPEEK-rGO双相复合膜的制备与性能 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 实验所需药品和仪器 |
| 3.2.1 实验药品 |
| 3.2.2 实验仪器 |
| 3.3 rGO及双相复合膜和膜反应器的制备 |
| 3.3.1 rGO的制备 |
| 3.3.2 SPEEK-rGO双相复合膜制备 |
| 3.3.3 SPEEK-rGO双相复合膜分离器的制备 |
| 3.4 rGO与 SPEEK-rGO双相复合膜结构表征和性能测试 |
| 3.4.1 rGO结构表征 |
| 3.4.2 SPEEK-rGO双相复合膜的气密性测试 |
| 3.4.3 SPEEK-rGO双相复合膜的机械性能测试 |
| 3.4.4 SPEEK-rGO双相复合膜的微观形貌(SEM) |
| 3.4.5 SPEEK-rGO双相复合膜透氢性能测试 |
| 3.5 结果与讨论 |
| 3.5.1 rGO结构分析 |
| 3.5.2 SPEEK-rGO复合膜的气密性 |
| 3.5.3 SPEEK-rGO双相复合膜的机械性能分析 |
| 3.5.4 SPEEK-rGO双相复合膜的SEM分析 |
| 3.5.5 SPEEK-rGO双相复合膜的透氢性能 |
| 3.6 小结 |
| 第四章 SPEEK-HPW-rGO双相复合膜的制备与性能 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 实验所需试剂和仪器 |
| 4.2.1 实验药品 |
| 4.2.2 实验仪器 |
| 4.3 SPEEK-HPW-rGO双相复合膜的制备 |
| 4.4 Al_2O_3 中空纤维膜及SPEEK-HPW-rGO/Al_2O_3 双层膜的制备 |
| 4.4.1 Al_2O_3中空纤维膜的制备 |
| 4.4.2 SPEEK-HPW-rGO/Al_2O_3 双层膜的制备 |
| 4.5 复合膜性能的表征和测试 |
| 4.5.1 复合膜的气密性测试 |
| 4.5.2 复合膜的微观形貌测试 |
| 4.5.3 SPEEK-HPW-rGO双相复合膜的透氢性能测试 |
| 4.6 结果与讨论 |
| 4.6.1 双相复合膜的致密性 |
| 4.6.2 复合膜的微观形貌 |
| 4.6.3 SPEEK-HPW-rGO双相复合膜的透氢性能测试 |
| 4.7 小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 存在的问题与展望 |
| 参考文献 |
| 在读期间主要工作 |
| 致谢 |
（6）含杂萘酮的磺化聚芳硫醚氧膦质子交换膜的制备与表征（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 燃料电池简介 |
| 1.2 质子交换膜燃料电池 |
| 1.3 质子交换膜 |
| 1.3.1 全氟质子交换膜 |
| 1.3.2 部分含氟质子交换膜 |
| 1.3.3 非氟质子交换膜 |
| 1.4 本论文的研究思路及主要内容 |
| 第2章 氧膦单体与巯基氮杂环单体的合成 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 实验原料 |
| 2.2.2 实验表征 |
| 2.2.3 氧膦单体的合成 |
| 2.2.4 巯基氮杂环单体的合成 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 氧膦单体的制备 |
| 2.3.2 巯基氮杂环单体的制备 |
| 2.4 小结 |
| 第3章 含杂萘酮的磺化聚芳硫醚氧膦质子交换膜的制备及性能研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 实验原料 |
| 3.2.2 表征和性能测试 |
| 3.2.3 聚合物的合成 |
| 3.2.4 聚合物膜的制备 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 聚合物的合成 |
| 3.3.2 聚合物膜的热性能 |
| 3.3.3 聚合物膜的离子交换容量、吸水率和溶胀率 |
| 3.3.4 聚合物膜的氧化稳定性 |
| 3.3.5 聚合物膜的质子电导率 |
| 3.3.6 聚合物膜的微观形貌 |
| 3.4 小结 |
| 第4章 全文总结与展望 |
| 4.1 全文总结 |
| 4.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
（7）燃料电池用磺化聚芳硫醚砜质子交换膜的改性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 燃料电池 |
| 1.1.1 燃料电池的发展 |
| 1.1.2 燃料电池的分类 |
| 1.2 质子交换膜燃料电池 |
| 1.3 质子交换膜 |
| 1.4 质子交换膜的研究进展 |
| 1.4.1 全氟磺酸质子交换膜 |
| 1.4.2 磺化芳香系列质子交换膜 |
| 1.4.2.1 接枝型质子交换膜 |
| 1.4.2.2 嵌段型质子交换膜 |
| 1.4.2.3 复合型质子交换膜 |
| 1.5 本论文的研究目的及主要内容 |
| 第二章 实验材料与实验方法 |
| 2.1 实验药品与仪器 |
| 2.1.1 实验原料与试剂 |
| 2.1.2 主要设备与仪器 |
| 2.2 测试方法与膜表征手段 |
| 2.2.1 核磁共振谱(NMR) |
| 2.2.2 傅里叶红外光谱仪(FT-IR) |
| 2.2.3 热重分析 |
| 2.2.4 膜微观形貌的表征 |
| 2.2.5 离子交换容量(IEC)测试 |
| 2.2.6 膜的吸水率溶胀率测试 |
| 2.2.7 膜的质子传导率 |
| 2.2.8 膜的氧化稳定性 |
| 第三章 磺化聚芳硫醚砜-b-聚酰亚胺质子交换膜的制备及表征 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 实验原料 |
| 3.3 实验部分 |
| 3.3.1 磺化单体3,3’-二磺酸二钠-4,4’-二氟二苯砜(SDFDPS)的合成 |
| 3.3.2 不同分子量的磺化聚芳硫醚砜(SPTES-NH2)的合成 |
| 3.3.3 不同链段长度的聚酰亚胺(PI)的合成 |
| 3.3.4 SPTESx-b-PIy嵌段型聚合物的制备 |
| 3.3.5 聚合物溶解性测试 |
| 3.3.6 SPTESx-b-PIy共聚物膜的制备 |
| 3.4 结果与讨论 |
| 3.4.1 聚合物结构表征 |
| 3.4.1.1 磺化单体的表征 |
| 3.4.1.2 聚合物的结构表征 |
| 3.4.2 聚合物的溶解性 |
| 3.4.3 聚合物相对粘度及分子量的测定 |
| 3.4.4 嵌段型聚合物膜的热稳定性 |
| 3.4.5 嵌段型聚合物膜的吸水率 |
| 3.4.6 嵌段型聚合物膜的形貌表征 |
| 3.4.7 离子交换容量和质子传导率 |
| 3.4.8 氧化稳定性 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 SPTES/SPI共混质子交换膜的制备及性能研究 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 实验原料 |
| 4.3 实验部分 |
| 4.3.1 三乙胺盐形式的磺化聚芳硫醚砜(SPTES-TEA)的合成 |
| 4.3.2 含有不同二胺单体的磺化聚酰亚胺(SPI)的合成 |
| 4.3.2.1 SPI-BDSA的合成 |
| 4.3.2.2 SPI-ODA的合成 |
| 4.3.3 聚合物溶解性测试 |
| 4.3.4 SPTES/SPI共混质子交换膜的制备 |
| 4.3.4.1 SPTES/SPI-BDSA共混膜的制备 |
| 4.3.4.2 SPTES/SPI-ODA共混膜的制备 |
| 4.4 结果与讨论 |
| 4.4.1 聚合物的结构表征 |
| 4.4.2 聚合物的溶解性 |
| 4.4.3 共混型聚合物膜的热性能 |
| 4.4.4 共混型聚合物膜的吸水率和溶胀率 |
| 4.4.4.1 共混膜的吸水率 |
| 4.4.4.2 共混膜的溶胀率 |
| 4.4.5 共混型聚合物膜的形貌表征 |
| 4.4.5.1 SPTES/SPI-BDSA共混膜的形貌表征 |
| 4.4.5.2 SPTES/SPI-ODA共混膜的形貌表征 |
| 4.4.6 共混膜的质子交换容量和质子传导率 |
| 4.4.7 共混膜的氧化稳定性 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的科研成果 |
| 致谢 |
（8）基于聚苯并咪唑的新型高分子电解质膜的制备与性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 聚苯并咪唑(PBI)简介 |
| 1.2 燃料电池、全钒液流电池和相应的高分子电解质电池隔膜简介 |
| 1.3 聚苯并咪唑高分子电解质膜的应用简介 |
| 1.4 目前用于燃料电池和液流电池的离子交换膜存在的问题及对策 |
| 1.5 本论文的研究内容和目标 |
| 第二章 含季铵侧基聚苯并咪唑碱性阴离子交换膜的制备与性能研究 |
| 2.1 背景介绍 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 聚苯并咪唑/季铵化聚乙烯基咪唑交联共混碱性阴离子交换膜的制备与性能研究 |
| 3.1 背景介绍 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 磺化聚酰亚胺/聚苯并咪唑共混交联膜的制备与性能研究 |
| 4.1 背景介绍 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 硫酸掺杂聚醚苯并咪唑质子交换膜的制备及其在全钒液流电池中的应用研究 |
| 5.1 背景介绍 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 聚醚苯并咪唑/季铵化聚乙烯基咪唑共混交联膜的制备及其在全钒液流电池中的应用研究 |
| 6.1 背景介绍 |
| 6.2 实验部分 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 含侧氨基的磺化聚醚苯并咪唑共价交联膜的制备及其在全钒液流电池中的应用研究 |
| 7.1 背景介绍 |
| 7.2 实验部分 |
| 7.3 结果与讨论 |
| 7.4 本章小结 |
| 第八章 磺化聚合物/多孔聚四氟乙烯复合膜的制备与性能研究 |
| 8.1 背景介绍 |
| 8.2 实验部分 |
| 8.3 结果与讨论 |
| 8.4 本章小结 |
| 第九章 全文总结 |
| 参考文献 |
| 附录: 缩写说明 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间已发表或录用的论文 |
| 攻读博士学位期间已申请/授权国际专利 |
（9）氧化石墨功能化及其复合型质子交换膜的制备与性能研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 质子交换膜及其燃料电池的研究进展 |
| 1.2.1 燃料电池 |
| 1.2.2 质子交换膜燃料电池(PEMFC) |
| 1.2.3 高分子聚合物质子交换膜 |
| 1.2.4 复合型质子交换膜 |
| 1.3 氧化石墨及其功能化氧化石墨 |
| 1.3.1 氧化石墨及其制备方法 |
| 1.3.2 功能化氧化石墨及其制备方法 |
| 1.3.3 功能化氧化石墨应用 |
| 1.4 氧化石墨基/高分子材料复合型质子交换膜 |
| 1.4.1 复合膜的制备方法 |
| 1.4.2 复合膜的性能 |
| 1.5 论文的切入点 |
| 第二章 试剂和测试方法 |
| 2.1 试剂和原料 |
| 2.2 测试仪器及测试方法 |
| 第三章 氧化石墨与2,5-聚苯并咪唑复合膜的制备和性质研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 氧化石墨(GO)的制备 |
| 3.2.2 2 ,5-聚苯并咪唑(ABPBI)的制备 |
| 3.2.3 GO和 ABPBI复合膜的制备 |
| 3.3 结构表征 |
| 3.3.1 GO和 ABPBI复合膜的红外光谱 |
| 3.3.2 GO和 ABPBI复合膜的X射线衍射光谱 |
| 3.3.3 GO和 ABPBI复合膜的扫描电镜 |
| 3.4 性能分析 |
| 3.4.1 GO和 ABPBI复合膜热学性能 |
| 3.4.2 GO和 ABPBI复合膜机械性能 |
| 3.4.3 GO和 ABPBI复合膜抗氧化稳定性 |
| 3.4.4 GO和 ABPBI复合膜的酸吸收 |
| 3.4.5 GO和 ABPBI复合膜的质子传导率 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 氮杂环修饰的氧化石墨与聚苯并咪唑复合膜的制备和性能研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 熔融聚合反应机理 |
| 4.2.2 聚苯并咪唑(PBI)的制备 |
| 4.2.3 PBI粘度和溶解度的测试 |
| 4.2.4 功能化氧化石墨烯(NGO)的制备 |
| 4.2.5 NGO和 PBI复合膜的制备 |
| 4.3 结构表征 |
| 4.3.1 PBI、GO、NGO的红外光谱 |
| 4.3.2 GO和 NGO的光电子能谱 |
| 4.3.3 NGO和 PBI复合膜的扫描电镜 |
| 4.4 性能分析 |
| 4.4.1 NGO和 PBI复合膜的抗氧化稳定性 |
| 4.4.2 NGO和 PBI复合膜的热稳定性能 |
| 4.4.3 NGO和 PBI复合膜的机械性能 |
| 4.4.4 NGO和 PBI复合膜的酸吸收 |
| 4.4.5 NGO和 PBI复合膜的质子传导率 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 氮杂环修饰氧化石墨/固体超强酸/2,5-聚苯并咪唑复合膜的制备与性能研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 固体超强酸S-ZrO2和超强酸S-ZrO2纤维的制备 |
| 5.2.2 磷酸掺杂S-ZrO2/ABPBI、S-ZrO2/ABPBI纤维、S-ZrO2/NGO/ABPBI复合膜的制备 |
| 5.3 结构分析 |
| 5.3.1 S-ZrO2/ABPBI复合膜的红外光谱与S-ZrO2的X射线衍射光谱 |
| 5.3.2 膜的形貌图像 |
| 5.4 性能分析 |
| 5.4.1 膜的抗氧化稳定性 |
| 5.4.2 膜的力学性能 |
| 5.4.3 膜的酸吸收和水吸收 |
| 5.4.4 膜的热学性能 |
| 5.4.5 膜的质子传导率 |
| 5.4.6 膜的单电池性能 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 磺化氧化石墨与磺化聚芳醚酮砜复合膜的制备和性能研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验部分 |
| 6.2.1 磺化聚芳醚酮砜(STPEKS)的制备 |
| 6.2.2 STPEKS的粘度和溶解性测试 |
| 6.2.3 磺化氧化石墨(FGO)的制备 |
| 6.2.4 FGO和 STPEKS复合膜的制备 |
| 6.3 结构表征 |
| 6.3.1 STPEKS的红外光谱 |
| 6.3.2 GO和 FGO的 X射线衍射光谱 |
| 6.3.3 GO和 FGO的红外光谱 |
| 6.3.4 GO和 FGO的光电子能谱 |
| 6.3.5 FGO和 STPEKS复合膜原子力显微镜 |
| 6.3.6 FGO和 STPEKS复合膜透射电镜 |
| 6.3.7 FGO和 STPEKS复合膜小角X射线散射 |
| 6.3.8 FGO和 STPEKS复合膜扫描电镜 |
| 6.4 性能分析 |
| 6.4.1 FGO和 STPEKS复合膜热学性能 |
| 6.4.2 FGO和 STPEKS复合膜力学性能 |
| 6.4.3 FGO和 STPEKS复合膜的水吸收、甲醇渗透率及质子传导率 |
| 6.4.4 膜的单电池性能 |
| 6.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读博士期间发表及撰写的论文 |
（10）基于石墨烯功能化的聚合物纳米复合材料的制备与应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 文献综述 |
| 1.1 氧化石墨烯和石墨烯材料 |
| 1.1.1 氧化石墨烯和石墨烯简介 |
| 1.1.2 氧化石墨烯和石墨烯的改性与应用研究进展 |
| 1.2 聚酰亚胺材料 |
| 1.2.1 聚酰业胺简介 |
| 1.2.2 线性聚酰亚胺的研究进展 |
| 1.2.3 超支化聚酰亚胺的研究进展 |
| 1.3 聚合物乳液 |
| 1.3.1 聚合物乳液简介 |
| 1.3.2 聚合物乳液的研究进展 |
| 1.4 石墨烯/聚合物复合材料 |
| 1.4.1 石墨烯/聚合物复合材料简介 |
| 1.4.2 石墨烯/聚酰亚胺复合材料的研究进展 |
| 1.4.3 石墨烯/聚合物乳液材料的研究进展 |
| 1.5 选题目的及意义 |
| 参考文献 |
| 第二章 基于APTMS改性的石墨烯/ODA-ODPA-BPADA共聚聚酰亚胺的制备及性能研究 |
| 2.1 前言 |
| 2.2 实验部分 |
| 2.2.1 实验原料 |
| 2.2.2 测试与表征 |
| 2.2.3 APTMS改性石墨烯的制备 |
| 2.2.4 APTMS改性GE/ODA-ODPA-BPADA的制备 |
| 2.3 结果与讨论 |
| 2.3.1 APTMS改性GE/ODA-ODPA-BPADA的合成路线图 |
| 2.3.2 GO和rGO-NH_2的表征及分析 |
| 2.3.3 rGO/PI纳米复合材料的特性黏数 |
| 2.3.4 rGO/PI纳米复合材料的结构表征 |
| 2.3.5 rGO/PI纳米复合材料的性能表征 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 基于KH550改性的石墨烯/ODA-PMDA-NTADA共聚聚酰亚胺的制备及其性能研究 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 实验部分 |
| 3.2.1 实验原料 |
| 3.2.2 测试与表征 |
| 3.2.3 KH550改性石墨烯的制备 |
| 3.2.4 KH550改性GE/ODA-PMDA-NTADA的制备 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 KH550改性rGO-NH_2/ODA-PMDA-NTADA的合成路线图 |
| 3.3.2 GO和rGO-NH_2的表征及分析 |
| 3.3.3 rGO/PI纳米复合材料的特性黏数 |
| 3.3.4 rGO/PI纳米复合材料的结构表征 |
| 3.3.5 rGO/PI纳米复合材料的热稳定性 |
| 3.3.6 rGO/PI纳米复合材料的导电性 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 基于KH550改性的石墨烯/6FDA-TAPP型超支化聚酰亚胺的制备及其性能研究 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 实验部分 |
| 4.2.1 实验原料 |
| 4.2.2 测试与表征 |
| 4.2.3 酐基封端的超支化聚酰亚胺(AD-HBPI)的合成 |
| 4.2.4 (KH550-GE) -g-AD-HBPI纳米复合材料的制备 |
| 4.2.5 (KH550-GE) -co-HBPI纳米复合材料的制备 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 纯的HBPI及GE/HBPI纳米复合材料的特性黏数 |
| 4.3.2 纯的HBPI及GE/HBPI纳米复合材料的红外表征 |
| 4.3.3 纯的HBPI及GE/HBPI纳米复合材料的XRD表征 |
| 4.3.4 纯的HBPI及GE/HBPI纳米复合材料的SEM表征 |
| 4.3.5 纯的HBPI及GE/HBPI纳米复合材料的热稳定性 |
| 4.3.6 纯的HBPI及GE/HBPI纳米复合材料的导电性 |
| 4.3.7 纯的HBPI及GE/HBPI纳米复合材料的接触角 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 画布涂料用苯丙乳液及油酸-十二烷基硫酸钠改性石墨烯/苯丙乳液的制备与性能研究 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 实验部分 |
| 5.2.1 实验原料 |
| 5.2.2 测试与表征 |
| 5.2.3 画布涂料用苯丙乳液及改性石墨烯/苯丙乳液的的合 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 画布涂料用苯丙乳液的表征 |
| 5.3.2 油酸-十二烷基硫酸钠改性石墨烯/苯丙乳液的表征 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 丙烯颜料用高光丙烯酸酯乳液的合成与应用研究 |
| 6.1 前言 |
| 6.2 实验部分 |
| 6.2.1 实验原料 |
| 6.2.2 测试与表征 |
| 6.2.3 高光丙烯酸酯乳液的合成 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 高光丙烯酸酯乳液Ⅰ的表征 |
| 6.3.2 高光丙烯酸酯乳液Ⅱ的表征 |
| 6.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 改性石墨烯/高光丙烯酸酯乳液的合成与性能研究 |
| 7.1 前言 |
| 7.2 实验部分 |
| 7.2.1 实验原料 |
| 7.2.2 测试与表征 |
| 7.2.3 氧化石墨烯的制备与还原 |
| 7.2.4 丙烯酸酯乳液的合成 |
| 7.3 结果与讨论 |
| 7.3.1 氧化石墨烯、石墨烯和油酸改性石墨烯的结构表征 |
| 7.3.2 聚合物乳液的性能基础指标 |
| 7.3.3 聚合物结构的红外光谱(FTIR)分析 |
| 7.3.4 聚合物透射电镜(TEM)测试 |
| 7.3.5 聚合物乳液的PCS测试 |
| 7.3.6 聚合物TG-DTA测试 |
| 7.3.7 聚合物乳液的导电性 |
| 7.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第八章 结论 |
| 攻读博士学位的科研成果 |
| 致谢 |
四、磺化聚酰亚胺质子导电材料的研究进展（论文参考文献）
- [1]含咪唑基磺化聚酰亚胺燃料电池质子交换膜的研究[D]. 张正东. 常州大学, 2021
- [2]支化芳香型高分子及其复合膜的设计、制备及应用研究[D]. 龙俊. 西南科技大学, 2021
- [3]氨基酸小分子有机凝胶的自组装及其复合质子交换膜[D]. 罗惠玲. 天津工业大学, 2021(01)
- [4]含氟磺化聚酰亚胺质子交换膜的制备及其分子动力学模拟[D]. 张蔚. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [5]氢分离质子—电子双相复合膜的制备与性能[D]. 张文迎. 山东理工大学, 2020(02)
- [6]含杂萘酮的磺化聚芳硫醚氧膦质子交换膜的制备与表征[D]. 禹华国. 上海应用技术大学, 2020(02)
- [7]燃料电池用磺化聚芳硫醚砜质子交换膜的改性研究[D]. 刘闪闪. 河北工业大学, 2018(07)
- [8]基于聚苯并咪唑的新型高分子电解质膜的制备与性能研究[D]. 夏子君. 上海交通大学, 2017(05)
- [9]氧化石墨功能化及其复合型质子交换膜的制备与性能研究[D]. 苗守雷. 黑龙江大学, 2016(04)
- [10]基于石墨烯功能化的聚合物纳米复合材料的制备与应用研究[D]. 李全涛. 湖北大学, 2016(04)