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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(7頁).doc》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、StudyofanovelprotontransportmembranewithprotontransportabilityPengCheng,YangYong,WangLi,ShiXianfa(DepartmentofChemistry,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)AbstractAnovelprotonexchangemembrane(PEM)wasdesignedandprepared.Itwasmadeofacopolymerwiththecalix[4]arenederivativeasthefunct
2、ionalunitofprotonrecognitionandselectivetransport.ProtontransportexperimentstestifiedthatitwascomparabletoNation112membrane,particularly,itcouldtransportprotoninthepresenceorwithoutthepresenceofsolvent.ThusitmaybecouldbeappliedintheH2/O2fuelcells.Keywordsprotontransport;calix[4]arcn
3、c;supcrmolccularfunction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(jì)并制備了一種新型質(zhì)子交換膜，它由一種以杯[4]芳坯衍牛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)子交換膜和比，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屮的質(zhì)子交換膜。關(guān)鍵詞質(zhì)子交換膜，杯[4]芳桂，超分子作用1引言近年來，質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)作為動力源的研究在電化學(xué)⑴和能源科學(xué)領(lǐng)
4、域⑵成為熱點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于軍事、航天、能源和交通等領(lǐng)域〔叭質(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⑷。H前，最為常用的質(zhì)子交換膜是美國杜邦公司牛產(chǎn)的多(全)氟磺酸聚合物Nafkm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)0Nafion膜在燃料電池屮取得了巨大的成功，但是其價格昂貴，并且它必須依靠膜相屮的水來完成質(zhì)子的交換與傳遞，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8CTC時，膜內(nèi)的水
5、份蒸發(fā)，使膜的質(zhì)子電導(dǎo)率明顯降低［習(xí)。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)受體棗杯芳桂衍牛物，作為傳輸質(zhì)子的功能基元，將其引入到高分子主鏈屮，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。杯芳怪是由對位取代的坯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。杯芳坯及其衍牛物是優(yōu)界的受體分子，具有分子識別、選擇性催化及物質(zhì)傳輸?shù)瘸肿犹匦裕谝欢ǖ幕瘜W(xué)環(huán)境屮能夠識別和傳
6、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)地研究了杯芳坯、硫雜杯芳坯及它們的衍牛物對Na+、Ca2F尹、Pb?亠等金屬離子的液膜傳輸作用［"］,以及以杯芳桂或其衍牛物作為流動載體的支撐液膜、復(fù)合支撐液膜對H十的傳輸作用。通過在杯芳桂的上沿進(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)如烯內(nèi)基、內(nèi)烯酰胺基等，可以將杯芳坯單元引入高分子鏈,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)丄，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
7、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Nallon112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］芳姪，及其含有可聚基團(tuán)的衍牛物，由本實(shí)驗(yàn)室參照文獻(xiàn)方法合成加°］。另—?共聚單體甲基內(nèi)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)品。對叔丁基杯［4］芳坯(1)按文獻(xiàn)〔⑼方法制備；其含可聚合基團(tuán)的衍牛物棗內(nèi)烯酰胺基杯［4］芳桂(7)參照文獻(xiàn)切方法制備，經(jīng)表征確證為H標(biāo)產(chǎn)物，再與第二單體甲基
8、內(nèi)烯酸甲酯共聚，合成得到共聚物(8)。
