【摘 要】
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本课题利用模版法合成纳米硅球,再通过微波反应得到β-环糊精改性纳米硅球(SN-β-CD).将所得到的β-环糊精改性纳米硅与Nafion溶液共混,制备用于直接甲醇燃料电池的高性能杂化质子交换膜,并用多种手段表征了改性纳米硅球和复合质子交换膜.我们发现,通过在纳米硅球表面引入β-环糊精,有效提高了其与聚合物基体之间的相容性.同时,β-环糊精改性纳米硅球与Nafion基体之间存在着较强的相互作用,能够在
【机 构】
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复旦大学高分子科学系,上海,200433
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本课题利用模版法合成纳米硅球,再通过微波反应得到β-环糊精改性纳米硅球(SN-β-CD).将所得到的β-环糊精改性纳米硅与Nafion溶液共混,制备用于直接甲醇燃料电池的高性能杂化质子交换膜,并用多种手段表征了改性纳米硅球和复合质子交换膜.我们发现,通过在纳米硅球表面引入β-环糊精,有效提高了其与聚合物基体之间的相容性.同时,β-环糊精改性纳米硅球与Nafion基体之间存在着较强的相互作用,能够在成膜过程中影响Nafion的结晶行为和聚集态结构.β-环糊精改性纳米硅球的加入不仅利用其表面的亲水官能团创造了更多质子传输位点,还使得杂化质子交换膜的结合水含量提升以及(-SO3-)n离子簇更为连续.在这些因素的综合影响下,杂化膜的质子传导得以率显著提升.0.5wt％ SN-β-CD/Nafion杂化膜在80℃/100RH环境中的质子传导率高达0.31 S/cm,相较于纯Nafion膜提升了一个数量级.此外,β-环糊精改性纳米硅球的加入也使得杂化膜的甲醇传输通道更为曲折,从而令其甲醇渗透率大幅下降.在25℃的测试条件下,2 wt％ SN-β-CD/Nafion杂化膜的甲醇渗透率较纯Nafion膜下降了两个数量级.因而,最终获得了具有高选择性的有机-无机杂化复合质子交换膜,并具有良好的应用前景.
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