浅析GPTMS化学键合HEDP有机—无机杂化质子交换膜-

论文导读：摘要4-5Abstract5-9第1章绪论9-241.1质子交换膜燃料电池介绍91.2质子交换膜的概述9-101.3有机-无机杂化质子交换膜基体材料介绍10-121.4质子交换膜中质子酸的选择12-131.5磷(膦)酸基有机-无机杂化质子交换膜的探讨进展13-191.5.1掺杂含磷单体的有机-无机杂化膜13-161.5.2化学键合膦酸的无机-有机杂化膜16-19
摘要：质子交换膜燃料电池因其优异的能源效率和清洁尾气的能力而有可能成为手机、固定和便携式电子设备的重要发电系统。由于燃料电池在低于100℃的环境中操作时,燃料气体中的CO易导致Pt阳极催化剂中毒,由此有必要提升燃料电池的工作温度。但是,目前已商业化的质子交换膜如Nafion膜在温度高于100℃的情况下易失去水分导致质子传导率急剧下降。所以,需要研制出能在低湿度,中温范围内具有较高质子传导率的质子交换膜。在各种替代的质子传导材料中,有机-无机杂化材料作为质子交换膜的最有前景的材料之一。本(?)中,(?)以γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)和羟基亚乙基二膦酸(HEDP)为原料,用溶胶-凝胶法制备出一系列有机-无机杂化质子交换膜,分别讨论了溶胶温度和凝胶温度对膜性能的影响。由红外谱图、TG-DSC曲线以及膜表面的SEM照片可得,当溶胶反应温度为50℃时,溶胶反应程度最高;当成膜温度为150℃时,膜的柔性有所下降,但膜的均匀性变好,膜的热稳定性增强。此外,还讨论了不同硅磷摩尔比对膜性能的影响。由红外浅析、XRD、TG-DSC以及耐水解性浅析得出,膦酸含量的增加对Si-O网络骨架的形成具有一定的抑制作用；膦酸含量的减少有利于假性聚醚网络的生成,并有助于提升膜的柔顺性和耐水解性；当Si：P=6：1(摩尔比)时生成的假性聚醚网络和聚硅氧烷的聚合度最高,且膜的耐热性和热稳定性最好。我们还发现,若以三乙胺作为GPTMS/HEDP系统的反应催化剂,能制备出一种柔顺性好且质子传导率高的有机-无机杂化膜。红外谱图结果显示HEDP已经成功地化学键合到聚合物网络中。聚硅氧烷结构以及化学键合到聚合物网络结构中的HEDP都对膜的热稳定性有很大贡献,使得杂化膜在空气中的耐热温度可达到250℃。此外,所制备的杂化膜在130℃时的无水条件下,质子传导率可达1.0×10-3S·cm-1。关键词：化学键合论文有机-无机杂化论文γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)论文质子交换膜论文羟基亚乙基二膦酸(HEDP)论文
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Abstract5-9
第1章 绪论9-24

1.1 质子交换膜燃料电池介绍9

1.2 质子交换膜的概述9-10

1.3 有机-无机杂化质子交换膜基体材料介绍10-12

1.4 质子交换膜中质子酸的选择12-13

1.5 磷(膦)酸基有机-无机杂化质子交换膜的探讨进展13-19

1.5.1 掺杂含磷单体的有机-无机杂化膜13-16

1.5.2 化学键合膦酸的无机-有机杂化膜16-19

1.6 溶胶-凝胶法的介绍19-22

1.6.1 溶胶-凝胶技术的基本概念19

1.6.2 溶胶-凝胶技术的工艺历程19-20

1.6.3 溶胶-凝胶技术的特点20

1.6.4 溶胶-凝胶反应基本原理及主要影响因子20-22

1.7 本课题探讨的内容及作用22-24

1.7.1 本课题探讨的作用22-23

1.7.2 本课题探讨的内容23-24

第2章 稀盐酸催化GPTMS/HEDP系有机硅有机-无机杂化质子交换膜24-42

2.1 引言24

2.2 实验原料及仪器24-25

2.3 实验原理及步骤25-26

2.3.1 实验原理25-26

2.3.2 实验步骤26

2.4 性能测试26-27

2.4.1 红外光谱(FT-IR)26

2.4.2 热稳定性析(TG-DSC)26

2.4.3 X射线衍射(XRD)26-27

2.4.4 膜表面形貌的表征(SEM)27

2.4.5 耐水解性能测试27

2.5 结果与讨论27-40

2.5.1 溶胶温度的选择27-30

2.5.2 成膜温度的选择30-35

2.5.3 不同Si：P摩尔比对膜性能的影响35-40

2.6 本章小结40-42

第3章 三乙胺催化GPTMS/HEDP系有机硅有机-无机杂化质子交换膜42-54

3.1 引言42-44

3.2 实验原料及仪器44

3.3 实验步骤44-46

3.4 性能测试46-47

3.4.1 红外浅析(FTIR)46

3.4.2 热稳定性浅析(TG-DSC)46

3.4.3 质子传导率测试46-47

3.5 结果与讨论47-53

3.5.1 红外浅析47-49

3.5.2 热稳定性浅析49-50

3.5.3 膜的质子传导率的浅析50-53

3.6 本章小结53-54

第4章 结论54-56
致谢56-57
参考文献57-62
攻读硕士期间所发表的论文及专利62