mofs殼聚糖復合質子交換膜的制備及質子傳輸性能的研究

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1、學校代碼10459學號或申請?zhí)?01312151705密級碩士學位論文MOFs/殼聚糖復合質子交換膜的制備及質子傳輸性能的研究作者姓名：李靜娟導師姓名：李林科副教授臧雙全教授學科門類：理學專業(yè)名稱：無機化學培養(yǎng)院系：化學與分子工程學院完成時間：2016年5月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterStudyonSynthesisandProtonConductionofMetal-OrganicFramework/ChitosaHybridProtonExchangeMembranesByJingjuanLiSuperv

2、isor:AssociateProf.LinkeLiProf.ShuangquanZangInorganicChemistryThecollegeofChemistryandMolecularEngineeringMay,2016原創(chuàng)性聲明：，獨立本人鄭重聲明所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下進行研。巧所取得的成果除文中已經注明引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體己經發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集。體，均已在文中明確方式標明本聲明的法律責任由本人承擔。－學位論文作者貨曰期；曰期；年＾月＾曰ｊ學位論文使用授權聲明。本人在導師

3、指導下完成的論文及相關的職務作品，知識產權歸屬鄭州大學根據(jù)鄭州大學有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留或向國家有關部口或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文彼查閱巧借閱；本人授權鄭州；、大學可＾＾１將本學位論文的全部或部分編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可切采用影印縮印或者其他復制手段保存論文和匯編本學位論文、使用學。本人離校后發(fā)表一位論文或與該學位論文直接相關的學術論文或成果時，第署名單位仍然為鄭州大學。保密論文在解密后應遵守此規(guī)定。學位論文作者令靜女曰期：ｗ！）年＾月＾百自摘要摘要質子交換膜(PEM)是質子交換膜燃料電池(PEMFC)的關鍵組件,它能隔開電池中

4、燃料和氧化劑兩極的氣體，且又允許質子在膜內自由通過，起著質子傳遞的作用，對燃料電池的壽命和性能影響很大。因此，PEM的研究一直是質子交換膜燃料電池(PEMFC)的研究熱點。近年來，組裝有特定功能的金屬有機框架依然受到化學工作者的廣泛關注，其中，金屬有機框架的MOF材料憑借較好的熱穩(wěn)定性、結構可設計、孔腔可功能化修飾以及比表面積較大等特點，在許多領域呈現(xiàn)出誘人的發(fā)展前景，例如：光學材料、磁性、氣體吸附和分離、多相催化和導電材料等等。而具有孔腔或帶有親質子基團的金屬有機框架材料具有獨特的結構和質子傳輸通道，在質子導電方面已經取得了一定的發(fā)展。把該類配合物引入質子交換膜的研究不僅使MOF材料向實際應

5、用邁了一大步，而且為質子交換膜的改良提供了新的思路。本文按文獻的方法合成了兩個多孔的配合物：[Cr3O(H2O)3(bdc)3](MIL-101)和[Cr3O(H2O)3(STA)3]·nH2O(S-MIL-101)。用酸浸漬MIL-101的方法得到了H2SO4@MIL-101、H3PO4@MIL-101和CF3-SO3H@MIL-101。以殼聚糖(CS)為基質采用共混法和溶液澆鑄法制得了一系列的復合質子交換膜。測試了所有膜的導電性，并對其進行了紅外、熱重、元素分析、掃描電鏡和透射電鏡等表征，最后對其質子傳輸機理進行了探究。本論文主要包括以下兩部分：一、在溶劑熱的條件下，采用剛性對苯二甲酸(H

6、bdc)和2-磺酸-對苯二甲酸鈉鹽(STSA)配體分別與金屬鹽Cr(NO3)3·9H2O構筑了兩個多孔的配位聚合物：[Cr3O(H2O)3(bdc)3](MIL-101)(1)和[Cr3(H2O)3(STA)3]·nH2O(S-MIL-101)(2)。通過XRD表征，證實所得產物與報道的結構一致，MIL-101和S-MIL-101具有相似的空間構型，即Cr3+離子采取相同的配位方式。1和2結構的不同之處是S-MIL-101有許多游離的磺酸基。而后我們用共混法和溶液澆鑄法制備了一系列復合質子交換膜：CS/MIL-101-X1和CS/S-MIL-101-X(X1,X分別代表加入MIL-101和S-

7、MIL-101質量占總質量的百分率)。本文對制備的所有膜導電率進行了測試，通過實驗結果知道：CS/MIL-101-X1和CS/S-MIL-101-X膜的導電率都比純CS膜的高，尤其值得注意的是CS/S-MIL-101-4膜的導電率最高達到了0.064S·cm–1，相同條件下比純CS(0.029S·cm–1)提高了120%。我們又對所有復I摘要合膜的熱穩(wěn)定性進行研究，借助各種表征手段推測出了這兩種膜