固态质子导电器件的研究综述

固体中质子运动的科学与技术称为质子学．本文纵览了基于质子导电陶瓷的种种可能的质子学器件．这些器件不仅有利于提高当前的科技质量，同时也将有助于构建未来的氢能系统．质子学器件按其应用方式可以分为两类，一类是利用其电动势，另一类利用质子优先传输性能．原电池型的氢传感器和燃料电池属于前者，氢泵、蒸汽电解器和膜反应器属于后者．原则上由上述器件可以推演开发出更多的改进型式．应用钙钛矿型氧化物高温质子导电陶瓷，已经制备了几种质子导电器件，虽然尚处于实验室规模但已证明具有肯定的技术功能．     

杂多酸掺杂PAN-SiO2复合质子交换膜的研究

采用溶胶-凝胶法制备了杂多酸掺杂聚丙烯腈-二氧化硅(PAN-SiO2)复合质子交换膜,并研究了其质子导电性能、保水能力和抗化学氧化性能.研究结果表明,该有机/无机复合质子交换膜的室温质子电导率为10-6S.cm-1左右,SiO2和杂多酸的加入使得该复合膜可以在较高温度下使用,而且随着温度的升高质子电导率可提高1~2个数量级,在140℃的中温工作条件下质子电导率则可达10-4S.cm-1.同时SiO2和杂多酸的加入能有效提高中温条件下该复合膜的保水率.与纯聚合物相比,复合膜的抗化学氧化能力显著提高.     

交流阻抗法测试质子交换膜电导率的研究

介绍了交流阻抗谱法测试质子交换膜质子电导率的原理与等效电路.并以Nafion117膜为例介绍了采用交流阻抗法测试其电导率的测试夹具及测试平台的设计和搭建,给出了Nafion117膜的交流阻抗谱图以及膜质子电导率随温度的变化曲线.采用交流阻抗法测试质子交换膜的电导率是质子交换膜燃料电池性能测试的重要手段.     

新型聚[2,2′-间(4-羟基吡啶)-5,5′-二苯并咪唑]共聚物质子交换膜的制备与表征

在微波加热条件下,采用溶液共缩聚的方法合成了OH-PyPBI及同时含有OHPyPBI和PBI重复单元结构的共聚物OH-PyPBI/PBI和OH-PyPBI/2PBI.通过测试1 HNMR、TGA及其溶解性,对聚合物进行了表征.利用溶液浇铸法制备出膜材料,并研究了膜材料在浓磷酸中的溶胀性、机械性能和电导率等性能.结果表明:磷酸掺杂水平为4.3的OH-PyPBI/PBI膜的综合性能最佳,室温条件下的断裂拉伸强度为55.3MPa,断裂伸长率为107%;150℃不加湿条件下的质子电导率为0.099S/cm.表明该类共聚物膜材料在高温质子交换膜燃料电池中具有潜在应用价值.     

聚苯胺的化学合成、结构及导电性能

导电聚苯胺是结构和性能最稳定的导电高分子材料，有较广泛的应用前景。本实验用化学氧化合成方法，较系统地研究了氧化剂种类、用量、介质酸的浓度以及聚合反应温度等因素对苯胺聚合反应及产物性能的影响；找出了最适宜的合成反应条件和特殊的后处理工艺，并合成出了电导率高达３０．６５Ｓ／ｃｍ，收率达１２７．８％的高性能导电聚苯胺     

水与非水磷酸体系质子电导率

以咪唑和吡啶与磷酸组成非水质子导体体系,研究了该体系的非水质子电导率及质子传递机理,以考察有机含氮杂环化合物为质子载体的非水质子传递的可行性.研究表明,对于咪唑(吡啶)-磷酸非水体系,其质子迁移的主要影响因素是黏度;有机含氮杂环化合物不能像水分子一样起到降低磷酸黏度的作用,反而使其黏度增加.电导率的测定结果表明,非水条件下磷酸的自解离传递质子的能力优于磷酸与有机含氮杂环化合物共同传递质子的能力.对于咪唑-磷酸水溶液,其电导率除了与体系的黏度有关外,还与离子迁移数及迁移速率等有关.     

成膜温度对磺化聚醚醚酮质子交换膜性能的影响

以浓硫酸为磺化试剂制备相同磺化度的磺化聚醚醚酮(SPEEK),采用等体积的水/醇混合溶剂通过溶液成膜的方法制备SPEEK质子交换膜,采用交流阻抗法、扩散池法评价膜的质子传导能力和阻醇性能,探讨溶液成膜温度对质子交换膜性能的影响规律。结果表明,采用水/醇混合物为溶剂的质子交换膜,随着成膜温度的提高,膜的吸水率、溶胀率、质子电导率和甲醇渗透率均降低。     

掺杂炭黑质子交换膜的电吸附脱盐性能研究

采用溶液浇注法分别制备了全氟磺酸质子交换膜（CEM）和掺杂了0.5%炭黑（质量分数）的掺杂全氟磺酸质子交换膜(CEM-C),并将两种膜应用于自制的电吸附脱盐模块中处理高浓度氯化钠溶液。采用交流阻抗法计算了两种膜的质子电导率;用XRD,SEM表征了其结构性能;在电吸附试验中,考察了这两种膜以及流速、电压对电吸附性能的影响。结果表明,CEM-C膜与CEM膜相比,CEM-C的质子电导率提高了35%,电吸附量和出水浓度的稳定性都有很大的提高。     

导电聚酰亚胺及其复合材料的研究进展

聚酰亚胺(polyimide,PI)广泛应用于航空航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等高新领域,提升其导电性能,使之更好地应用于电子工业,是当前的研究热点。介绍了原位聚合法、溶液混合法、表面改性自金属化法、离子注入法等制备PI导电复合材料的原理及其研究进展;概述了纳米金属物质、含碳纳米物质、结构性导电聚合物等导电填料的性能及在导电PI中的研究现状;简述了导电PI复合材料在集成电路、电磁屏蔽、导电膜剂、涂料等方面的应用状况。     

中高温质子导体的结构及性能研究进展

中高温钙钛矿型质子导体具有较好的性能与应用前景.介绍了钙钛矿型质子导体的结构、性质和导电机理,概述了目前研究较多的几类质子导体,比较了各类质子导体的化学稳定性、强度及导电性能,叙述了质子导体的各种制备方法及表征手段,分析了不同组成对钙钛矿型氧化物质子导电性及稳定性的影响,说明提高材料性能的方法.阐述了国内外关于质子导体的最新研究成果,指出目前研究的重点为改进传统质子导体,开发新型质子导体,改进质子导体的制备工艺,以拓宽材料的工作温度,提高材料化学稳定性及电导率.     

PVDF增强咪唑功能化聚芳醚酮膜的制备与研究

研究了一种新型耐高温聚合物电解质膜的制备方法.以聚偏氟乙烯(PVDF)为增强材料,以甲基咪唑功能化聚芳醚酮(MeIm-PAEK)为基体材料,通过两者共混制备了具有较高电导率和良好尺寸稳定性的膜材料,并研究膜材料组分对膜材料性能的影响.¹H NMR 证实了咪唑基团的接枝成功.磷酸掺杂实验表明:甲基咪唑的功能化,使MeIm-PAEK膜具备较强的吸附磷酸能力;随着咪唑基团接枝度的增加,MeIm-PAEK膜的磷酸掺杂含量显著增加.通过与PVDF复合,显著地改善MeIm-PAEK膜在高温下、高浓度磷酸掺杂后的尺寸稳定性.70MeIm-PAEK/PVDF复合膜经85%磷酸溶液掺杂后,膜材料的磷酸掺杂质量分数为226%,体积溶胀率为248%,180℃不加湿条件下的电导率为0.141S/cm,适合做高温聚合物电解质膜材料.     

不同酸对界面聚合法合成聚邻甲苯胺结构和性能的影响

采用界面聚合法以邻甲苯胺为单体合成了硫酸、磷酸和醋酸掺杂态聚邻甲苯胺.通过红外光谱,粘度测定,X-射线粉末衍射,循环伏安,电导率测试等手段对质子酸掺杂聚邻甲苯胺进行了表征,讨论不同强度的酸对聚邻甲苯胺结构和性能的影响.结果表明,硫酸掺杂聚邻甲苯胺的分子量、结晶性、电化学活性和电导率最佳,而磷酸掺杂聚邻甲苯胺的各项性能最差.     

Proton Conducting Polymer Electrolytes and Its Applications

1 Introduction Proton conducting solid polymer electrolytes have been extensively studied due to their potential applications in electrochemical devices such as batteries, super capacitors, electrochromic windows, sensors etc~([1,2]). Many researchers have studied the behaviour of inorganic based polymer electrolytes as proton conductors and their applications in solid state devices at room temperature~([3]). But, inorganic acid doped electrolytes have some serious disadvantages like corrosion…     

Studies on Preparation and Properties of Proton Exchange Membranes Based on Phosphotungstic Acid/Silica and Polysulfonamide

Membranes formed by polysulfonamide (PSA) and phosphotungstic acid (PWA) supported on nano-silica have been prepared. Fourier transform infrared spectra (FTTR) and thermogravimctric analysis (TGA) were used to characterize the structure and thermal properties of obtained membranes. The analyses of water uptake, proton conductivity and mechanical properties of the membranes revealed that PWA and silica produced a beneficial effect on proton conduction of the membranes. The membranes with 50 wt% of PWA-SiQ2/PSA were mechanically stable and gave proton conductivity of 2. 57 × 10-2 S ?cm-1 at 90℃and 100% relative humidity. According to the obtained results, PWA and SiO2 doped PSA is a promising material for proton exchange membrane.     

Sm2O3掺杂Ce2O3的加入量对YBa2Cu3O7-δ界面性能的影响

固体氧化物燃料电池(SOFC)具有稳定性高、寿命长、污染低等优点,是二十一世纪的绿色能源之一。当前SOFC阴极通常采用掺杂的ABO3钙钛矿型材料。这类材料在高温下具有较高的导电率和催化活性,但中温化是SOFC的趋势,高温下常用的La(Sr)MnO3阴极材料在中温下性能下降,不能满足中温下电导率的要求。本论文尝试采用柠檬酸燃烧法来制备YBa2Cu3O7-δ,并在YBCO中加入一定量的Sm2O3掺杂的Ce2O3(SDC)作为SOFC的阴极材料,通过对阻抗分析,研究了SDC掺杂量、烧结温度等对该阴极材料性能的影响。实验结果表明:随着SDC的掺杂量x(0≤x≤50%)和烧结温度的升高,阴极材料的界面阻抗减小。在SDC的掺杂量为50%时,且在800℃下烧结得到的烧结体界面阻抗最小,其界面比电阻仅为0.1353ohm/cm2(800℃),这标志着掺杂SDC的YBCO作为中温固体氧化物燃料电池的阴极材料时非常具有发展前景的。     

循环伏安法测定聚苯并咪唑膜电解质甲醇透过率

研究建立了电化学循环伏安法(CV)测定磷酸掺杂聚苯并咪唑(PBI)膜甲醇透过率的方法.以磷酸溶液为电解质,在扫描电压范围-0.2~1.2 V和扫描速度100 m V/s的条件下测试了不同磷酸掺杂水平PBI膜的甲醇透过率.研究表明,根据膜样品酸掺杂水平选择磷酸电解质溶液的浓度可使待测PBI膜的酸掺杂水平在测定过程中保持不变,进而保障结果的准确性和可靠性;与纯PBI膜的甲醇透过率(1.34×10-8cm2/s)相比,磷酸掺杂PBI膜的甲醇透过率有所增加,当PBI膜的酸掺杂水平为2.5~3.2时,膜的甲醇透过率为3.2×10-8~14×10-8cm2/s.     

木屑活性炭的制备及其对水中酸性红的吸附研究

运用磷酸浸渍硼酸催化法制备木屑活性炭,并进行了其对水中酸性红的平衡吸附实验.研究结果表明木屑活性炭制备的最佳工艺条件为：磷屑比为1：1,硼酸投加量为3％,活化温度为400℃,该条件下所制备的生物活性炭对酸性红的理论最大吸附量可达到442.40mg/g.相对于Freundlich方程,该活性炭对酸性红的吸附等温线与Langmuir方程拟合的更好.当吸附时间达到2h时活性炭吸附达到平衡,吸附过程能较好的拟合准二级动力学方程,吸附以化学吸附为主.     

杨树叶改性吸附剂对硝基苯的吸附性能研究

在探究磷酸改性杨树叶的条件基础上,研究接触时间、硝基苯溶液初始浓度、温度等因素对改性过后的杨树叶吸附硝基苯性能的影响。结果表明,在25℃,用2 mol/L磷酸溶液按照15 m L/g的改性剂用量改性后,杨树叶对硝基苯的吸附在70 min左右达到基本平衡,吸附过程满足准二级吸附动力学模型。随着硝基苯溶液初始浓度的增加,吸附率不断降低,吸附等温线满足Freundlich方程。吸附过程为放热过程,随着温度的升高,吸附效果下降。     

酸改性的Hβ分子筛催化合成乙酰基吡咯

研究了分别以不同的分子筛以及草酸、磷酸、盐酸等酸改性的Hβ分子筛为催化剂,由吡咯和乙酸酐合成乙酰基吡咯的Friedel-Crafts酰基化反应.发现磷酸改性的Hβ分子筛催化剂的活性最高,并对催化剂用量、反应温度、反应时间等反应条件进行了优化,确定了最佳反应条件:反应温度70℃、催化剂用量0.4 g、反应时间5 h,此时...