纳米纤维改性Nafion复合质子交换膜的制备与性能.pdf

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1、１００５８－ｆ＃＾ＢＷｉｆＭｌ—Ｉ＾＾ＷＢＩＰ论文题目：纳米纤维改性Ｎａｆｉｏｎ复合质子麵！交靈的制备与化能工程领域：纯如丫巧Ｓｐ学习方式：□全議读且驾峻ＩＳｉｌ繼师：Ａ＾＿ｉｍ＾１！幽－企业导师／＾ＭＢＷａｉ：刘仓瞄＾■■Ｓ■画ｉＨｌｌｒ。’完成日期：態化１月ＢＩ＾ＢＳ＾Ｉ，Ｂ＾ＢＢＩＢ＾ＢＳＢｉ＾Ｈｆｃｉ、ｉｉ＾ａｉｆｃＩ独创性声明，．本人声明所呈交的学位论文是本人巧导师指导下进行的研巧工作和取稱的硏．涂了文中特别加Ｗ标注

2、和致谢之处外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研策成果也．一不包含方获得天津工业大学或其化教育机构的学位或证书而使用过的材料，与巧同Ｘ作■的同志对本硏巧所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：字日期：＾／＾令月曰２（！７学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津工业大学有关保留。、使用学位论文的规定特授权去津工业大学可Ｗ将学位论文的全部巧部分内容编入有关数据库进斤检索，，并采用欺种领印或扫描等复制手段保存、汇编Ｗ供酱阅和借阅。同意学校向国家

3、有关部ｎ或机构虑么论义的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名；名：巧帅签―瓷字曰期：？年月曰签字曰期：年月曰户／《令）学位论文的主要创新点一、Ｗ强化质子传输过程为目标，将溶液喷射纺横化聚職讽／聚酸讽ＳＰＥＳ一（／ＰＥＳ）纳米纤维引入Ｎａｆｉｏｎ膜中构建维质子传递长通道，制备了纳米纤维复合质子交换膜，纳米纤维改善了Ｎａｆｉｏｎ膜的质子传导率，并作为骨架提高了膜的尺寸稳定性。－二、利用Ｓｉ化优异的亲水性能并结合有化无机复合的理念，将Ｓ

4、ｉＣＶＳＰＥＳ杂化纳米纤维引入Ｎａｆｉｏｎ膜中，优化了质子传输通道，增强了复合膜的吸水性、质子传导性能和阻醇性能。ｉＨ、基于对质子传递蛋白的仿生设计理念，将氨基酸固载于Ｓ〇纳２米纤维表面，，通过质子传递位点的设计在复合膜内构建了髙效质子传递通道，所制备的复合质子交换膜表现出良好的质子传导性能。摘要ＥＭＦＣ一质子交换膜燃料电池）（Ｐ是种可Ｗ将化学能直接转化为电能的能量转换装置，具有功率密度高、后动快、环境友好等优点，是未来社会发展急需＋的绿色技术、。质子交换膜（ＰＥＭ）是ＰＥＭＦ

5、Ｃ的核屯部件，起着传导Ｈ和隔绝燃料等作用，其性能的优劣决定着ＰＥＭＦＣ性能的高低。目前广泛应用的全氣賴酸质子交换膜因性能和成本等原因大大限制了广泛应用及ＰＥＭＦＣ的发展，因此高性能质子交换膜的开发己成为相关研究热点。近年来，利用纳米材料的特性强化质子传递过程，增强膜的机械性能构建高性能质子交换膜的方法引起了研究者Ｎ一广泛的兴趣。本论文Ｌ：Ｊａｆｉｏｎｌ膜为基础，通过引入纳米纤维构建维质子传递长通道的方式建立了高性能ＰＥＭ的制备新方法。主要研究内容如下：—溶液喷射纺丝技术纺制了采用本实验

6、室自有的专利技术ＳＰＥＳ／ＰＥＳ纳米纤维并通过溶液浸溃法，制备了纳米纤维／Ｎａｆｉｏｎ（ＮＦ／Ｎａｆｉｏｎ）复合质子交换膜。－所制备ＳＰＥＳ／ＰＥＳ纳米纤维形态良好，平均直径主要分布在３００４５０ｎｍ。复合膜具有良好的热稳定性、吸水率和电导率。纳米纤维的存在大大提高了复合膜的质‘－子传导性能，８０Ｃ下ＮＦ／Ｎ姐ｏｎ２０复合膜电导率为０．１４５Ｓ／ｃｍ。纤维含量增大复合膜吸水率也增大但复合膜尺寸稳定性提高，这是由于纳米纤维在复合膜中起到，限制了膜的溶胀ａｆｉｏｎＨ７，骨架作用。纳米

7、纤维复合膜较Ｎ具有更好的选择性４’３ＮＦ／Ｎａｆ－Ｘｉｏｎ２０复合膜的选择性最，１好选择性值为９．６０Ｓｓｃｍ。基于Ｓｉ〇２等无机材料具有优异的保水性能及热稳定性等特点，论文通过溶液喷射纺丝技术纺制备了ＳＰＥＳ／Ｓｉ化杂化纳米纤维，进而制备了ＳＰＥＳ／Ｓｉ〇２／Ｎａｆｉｏｎ复合膜。实验结果表明，复合膜的热稳定性、吸水率和尺寸稳－定性均得Ｗ改善。ＳＰＥＳ／Ｓｉ〇２／Ｎａｆｉｏｎ１５复合膜在８（ＴＣ下，质子电导率可Ｗ达到一化１５４Ｓ／ｃｍ。Ｓｉ〇２的存在定程度上提高了复合膜的阻醇性，所得复合

8、膜的甲醇渗透率都低于Ｎ姐ｏｎ膜和ＳＰＥＳａｆｉｏｎａ－／ＰＥＳ／Ｎ复合膜，ＳＰＥＳ／Ｓｉ〇２／Ｎｆｉｏｎ２５复合７２ｘ膜甲醇透过系数达到６．３ｌ（ｙｃｍ／ｓ。蛋白质在生物体内的质子传输过程中扮演着重要角色，受此启发，利用静电纺丝的方法制备了Ｓｉ〇２无机纳米纤维，并通过綾基化及氨基酸固载处理将赖氨酸、甘氨酸、半腕氨酸、丝氨酸固载到Ｓｉ〇２纳米纤维表面。