基于pva基多季铵功能化碱性阴离子交换复合膜的设计、制备与燃料电池应用研究

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1、学校代码：10255学号：2141282东华大学硕士学位论文AThesisSubmittedtoDonghuaUniversityfortheMaster’sDegree基于PVA基多季铵功能化碱性阴离子交换复合膜的设计、制备与燃料电池应用研究SYNTHESISANDPROPERTYOFPVAQUATERNARYAMMONIUMFUNCTIONALIZEDALKALINEANION-EXCHANGEMEMBRANESANDTHEIRAPPLICATIONTOFUELCELL学科专业:环境生物技术作者:陈淑丽指导教师:赵晓祥、乔锦丽答辩日期:2017年1月8日东华大

2、学硕士学位论文答辩委员会成员名单姓名职称职务工作单位备注包存宽教授答辩委员会主席复旦大学宋新山教授答辩委员会委员东华大学陈燕副教授答辩委员会委员东华大学上海市园林科学规崔心红教高答辩委员会委员划研究院基于PVA基多季铵功能化碱性阴离子交换复合膜的设计、制备与燃料电池应用研究东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明

3、的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日1东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日基于PVA基多季铵功能化碱性阴离子交换复合膜的设计、制备与燃料电池应用研究基于PVA基多季铵功能化碱性阴离子交

4、换复合膜的设计、制备与燃料电池应用研究摘要由于可以使用非贵金属，如银、镍等为电极催化剂，在碱性条件下氧气还原动力学速度更快，CO中毒概率小，而且不会生成碳酸盐等优点，自上个世纪以来，碱性聚合物电解质膜燃料电池研究热度变得越来越高。碱性聚合物电解质膜或阴离子交换膜的作用主要是提供氢氧根离子载体、分隔燃料/氧化剂及绝缘电子，然而，氢氧根离子（OH-）的扩散速率仅为氢离子（H+）的四分之一，所以要研发一种性能良好的阴离子交换膜材料需要具有优良的机械性能、热/化学稳定性、适当的含水率、较高的离子电导率、价格低廉且绿色环保无污染。本论文采用溶液浇铸法制备了基于聚乙烯醇/（双

5、(2-氯乙基)醚-alt-1,3-双[3-(二甲氨基)丙基]脲）（PUB）水溶性的聚合物的碱性交换复合膜（PVA/PUB-OH-），并成功应用于燃料电池。由于PUB是带有双季铵基的水溶性聚合物，碳主链上的氯离子经过碱性溶液离子置换后变成OH-，通过化学交联，膜内形成的致密网络结构使该类复合膜具有优良的电导率，此外PUB是一种直链聚合物，在双季铵基骨架结构之间还同时拥有两个含N基团，因而可以通过N空间位阻有效保护相邻季铵基团免受强碱OH-离子的进攻，从而具有更优良的耐碱I基于PVA基多季铵功能化碱性阴离子交换复合膜的设计、制备与燃料电池应用研究稳定性和机械稳定性。主

6、要通过傅里叶红外分析（FTIR）、原子显微镜（AFM），场发射扫描电镜（SEM）、射线光电子能谱分析XPS、和交流阻抗（ACImpedance）测量电导率等一系列方法详细研究了PVA/PUB-OH-阴离子交换复合膜的分子结构、热稳定性、机械稳定性、氧化稳定性、耐碱稳定性、电导率和含水率，以及组分效应、交联方式、交联时间、交联浓度、PVA-Chitosan共混以及不同支架季铵化乙基乙氧基纤维素QHECE对膜的性能的影响，具体结论如下：（1）PVA/PUB-OH-阴离子交换复合膜在235oC之前表现出很好的热稳定性，且红外谱图FTIR和电镜SEM照片研究表明，PVA/

7、PUB-OH-阴离子交换复合膜断面结构致密紧凑，即使在PUB含量高的情况，也表现出良好的外貌形态，由此说明PVA/PUB膜具有稳定的机械性能，测量数据显示，其拉伸强度高达30.88MPa，伸长率为高达300%。（2）PVA/PUB-OH-阴离子交换复合膜具有较高的电导率，当PUB含量不高时，电导率σOH-随着PUB含量增加而增加，当PVA/PUB=1:0.5时，此σOH-时达到最大值为7.6×10-3Scm-1，此后PUB含量再增加，而电导率的反而下降。此外，离子交换容量在0.92~1.27mmolg-1范围内。（3）因选用直链聚合物PUB，在双季铵基骨架结构之间

8、还同时拥有