分子鏈含POSS磺化聚醯亞胺質子交換膜的製備與性能研究

《分子鏈含POSS磺化聚醯亞胺質子交換膜的製備與性能研究》是依託蘭州大學，由宮琛亮擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：分子鏈含POSS磺化聚醯亞胺質子交換膜的製備與性能研究
• 依託單位：蘭州大學
• 項目負責人：宮琛亮
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

以籠型倍半矽氧烷（POSS）摻雜芳香類磺化高分子形成的有機-無機雜化膜材料有效地提高了芳香類磺化高分子質子交換膜的質子傳導率、耐水解性能、阻醇性能和穩定性，但該材料存在POSS摻雜量有限、機械性能差、製備過程複雜等問題。本項目提出以二胺功能化的八苯基籠型倍半矽氧烷為出發點，製備分子鏈含POSS磺化聚醯亞胺質子交換膜，將八苯基籠型倍半矽氧烷以共價鍵形式直接引入磺化聚醯亞胺高分子鏈，使POSS更穩定、更均勻地分散於高分子膜，形成有機-無機微相分離結構，為質子提供順暢的傳遞通道，解決傳統磺化聚醯亞胺易水解、套用條件下機械性能差等問題，簡化傳統摻雜制膜步驟。重點研究POSS以共價鍵引入磺化聚醯亞胺對質子交換膜微結構的影響，闡明該膜有機-無機微結構對燃料電池質子交換性能的促進作用。研究結果將為POSS-磺化芳香類聚合物質子交換膜的製備提供新思路。

結題摘要

本項目以二功能、單功能以及多功能化的籠型倍半矽氧烷（POSS）為出發點，分別製備了主鏈含POSS型、側鏈含磺化POSS型、POSS交聯型以及側鏈含POSS交聯型四個系列的質子交換膜，將籠型倍半矽氧烷以共價鍵形式成功引入高分子鏈。結果表明，相比於傳統POSS摻雜材料，採用共價鍵引入POSS的方法使POSS更穩定、更均勻地分散於高分子膜。並且，由於Si-O鍵和水合質子的相互作用，POSS誘導了磺酸基團的聚集，形成了連續的質子傳遞通道，提高了質子傳導率。解決了傳統芳香類聚合物質子交換膜易水解、套用條件下機械性能差等問題；解決了傳統POSS摻雜製備聚合物薄膜時POSS摻雜量有限、機械性能差、製備過程複雜等問題。所得四個系列質子交換膜中，側鏈含POSS交聯型質子交換膜在保證高的質子傳導率的同時，具有優異的機械性能和穩定性。該項目為POSS摻雜聚合物質子交換膜的製備提供了新思路。 另外，基於本課題組具有在吡啶、二氮芴基化合物的合成基礎，針對傳統磺化芳香型聚合物質子交換膜機械性能差、穩定性不佳以及甲醇透過率高的缺點，本課題組將吡啶、二氮芴結構引入磺化聚醚醚酮質子交換膜，形成離子交聯結構，所得材料在保證可套用質子傳導率的同時，具有優異的機械性能、化學穩定性以及低的甲醇透過率。同時，考察了該類含吡啶聚合物的熱性能、機械性能及相關離子識別性能。研究表明，含二氮芴基聚合物材料在保證優異的耐熱性能和機械性能的同時，具有良好的溶解性和可加工性能。部分含二氮芴、二吡啶吩嗪基聚合物具有優異的離子識別性能。