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《一種新型質(zhì)子交換膜及其質(zhì)子傳輸功能的研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、StudyofanovelprotontransportmembranewithprotontransportabilityPengCheng,YangYong,WangLi,ShiXianfa(DepartmentofChemistry,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)AbstractAnovelprotonexchangemembrane(PEM)wasdesignedandprepared.Itwasmadeofacopolymerwiththecalix[4]arenederivativeas
2、thefunctionalunitofprotonrecognitionandselectivetransport.ProtontransportexperimentstestifiedthatitwascomparabletoNafion112membrane,particularly,itcouldtransportprotoninthepresenceorwithoutthepresenceofsolvent.ThusitmaybecouldbeappliedintheH2/O2fuelcells.Keywordsprotontransp
3、ort;calix[4]arene;supermolecularfunction一種新型質(zhì)子交換膜及其質(zhì)子傳輸功能的研究彭程楊勇王麗施憲法(同濟(jì)大學(xué)化學(xué)系上海200092)摘要本文設(shè)計并制備了一種新型質(zhì)子交換膜，它由一種以杯[4]芳烴衍生物為功能基元的聚合物材料制成，利用其對質(zhì)子的識別及選擇性傳輸?shù)瘸肿幼饔脕韨鬟f質(zhì)子，具有明顯的質(zhì)子傳輸能力。與現(xiàn)在通用的各種質(zhì)子交換膜相比，其特點(diǎn)是不需要水或其它溶劑即能有效實(shí)現(xiàn)質(zhì)子傳遞過程。因此，有望用作氫氧燃料電池中的質(zhì)子交換膜。關(guān)鍵詞質(zhì)子交換膜，杯[4]芳烴，超分子作用1引言近年來，質(zhì)子交換膜燃料電池(P
4、EMFC)作為動力源的研究在電化學(xué)[1]和能源科學(xué)領(lǐng)域[2]成為熱點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于軍事、航天、能源和交通等領(lǐng)域[3]。質(zhì)子交換膜(PEM)是PEMFC的核心部件，它是一種能使質(zhì)子選擇性透過的膜，只允許質(zhì)子通過，而電子、原料氣等不可以通過[4]。???目前，最為常用的質(zhì)子交換膜是美國杜邦公司生產(chǎn)的多(全)氟磺酸聚合物Nafion系列質(zhì)子交換膜。它是一種陽離子交換型的選擇性透過膜，其起質(zhì)子交換作用的功能基團(tuán)是固定在氟碳高聚物主鏈上的磺酸基（-SO3H）。Nafion膜在燃料電池中取得了巨大的成功，但是其價格昂貴，并且它必須依靠膜相中的水來完成質(zhì)子的交
5、換與傳遞，因此限制了整個燃料電池系統(tǒng)的工作溫度。當(dāng)電池工作溫度超過8O℃時，膜內(nèi)的水份蒸發(fā)，使膜的質(zhì)子電導(dǎo)率明顯降低[5]。從超分子作用的觀點(diǎn)看，質(zhì)子交換膜是一種對質(zhì)子具有識別能力的選擇性傳輸膜，其本質(zhì)是對質(zhì)子的識別與傳遞。本文用對質(zhì)子具有良好識別能力的新型大環(huán)受體棗杯芳烴衍生物，作為傳輸質(zhì)子的功能基元，將其引入到高分子主鏈中，制備出一種基于超分子作用原理的新型質(zhì)子傳輸膜，可以有效地傳輸質(zhì)子，而無需借助水或溶劑，有望用作氫氧燃料電池的質(zhì)子交換膜。杯芳烴是由對位取代的烴基苯酚與甲醛縮合面成的環(huán)狀齊聚物，具有一個由苯環(huán)圍成的杯狀疏水空腔。杯芳烴及其
6、衍生物是優(yōu)異的受體分子，具有分子識別、選擇性催化及物質(zhì)傳輸?shù)瘸肿犹匦?，在一定的化學(xué)環(huán)境中能夠識別和傳輸某些金屬離子或質(zhì)子。作者所在課題組在這方面做了大量工作，較系統(tǒng)地研究了杯芳烴、硫雜杯芳烴及它們的衍生物對K+、Na+、Ca2+、Fe3+、Pb2+等金屬離子的液膜傳輸作用[6-8]，以及以杯芳烴或其衍生物作為流動載體的支撐液膜、復(fù)合支撐液膜對H+的傳輸作用。通過在杯芳烴的上沿進(jìn)行化學(xué)修飾，引入具有可以參與聚合反應(yīng)的活性基團(tuán)如烯丙基、丙烯酰胺基等，可以將杯芳烴單元引入高分子鏈，起到傳輸質(zhì)子的功能基元的作用，進(jìn)而制成具有對質(zhì)子識別和傳輸能力的高聚
7、物材料[9]。因此，根據(jù)上述理念，在本課題組先前研究的基礎(chǔ)上，本文首次使用有質(zhì)子識別和傳輸能力的高聚物材料制成了具有選擇性傳輸質(zhì)子能力的薄膜（稱為TJ-1膜），初步研究了其傳輸質(zhì)子的能力及傳輸機(jī)制，并與Nafion112膜進(jìn)行了比較。2實(shí)驗(yàn)部分2.1原料及試劑???基本原料對叔丁基杯[4]芳烴，及其含有可聚基團(tuán)的衍生物，由本實(shí)驗(yàn)室參照文獻(xiàn)方法合成[9,10]。另一共聚單體甲基丙烯酸甲酯和合成制備所需的各種溶劑和反應(yīng)試劑，以及傳輸實(shí)驗(yàn)機(jī)理研究所用藥品試劑等均為市售分析試劑，大部分溶劑需經(jīng)過無水處理。用作參照試驗(yàn)的Nafion112為美國杜邦公司產(chǎn)
8、品。2.2含杯芳烴功能基元的聚合物薄膜的制備???對叔丁基杯[4]芳烴(1)按文獻(xiàn)[10]方法制備；其含可聚合基團(tuán)的衍生物棗丙烯酰胺基杯[4]芳烴(7
