易溶型磺化聚苯并咪唑质子交换膜的制备与表征

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作者 张琪 许亮 +1 位作者 钟璟 左胜武 《化工新型材料》 北大核心 2025年第4期112-116,共5页

通过溶液缩聚法合成具有良好溶解度的磺化聚苯并咪唑(SPBI),采用溶液浇铸法制备了不同磺化比例的SPBI-30和SPBI-70质子交换膜。结果表明,SPBI质子交换膜表面光滑平整,SEM断面显示SPBI-70膜具有更紧密的结构。SPBI质子交换膜在高温下具... 通过溶液缩聚法合成具有良好溶解度的磺化聚苯并咪唑(SPBI),采用溶液浇铸法制备了不同磺化比例的SPBI-30和SPBI-70质子交换膜。结果表明,SPBI质子交换膜表面光滑平整,SEM断面显示SPBI-70膜具有更紧密的结构。SPBI质子交换膜在高温下具有良好的热稳定性,SPBI-70膜拉伸强度为115.74MPa,断裂伸长率为58.45%,相较于Nafion117膜拉伸强度明显提高。SPBI-70膜的磷酸掺杂在48h后达到平衡,其磷酸掺杂率达到185.13%。磺酸基团与磷酸基团的协同作用,加快了质子传递速率,促进了质子传导,SPBI-70膜在160℃,20%RH下质子电导率可达61.4mS/cm。这些特性表明SPBI质子交换膜有望应用于高温质子交换膜燃料电池。 展开更多

关键词 磺化聚苯并咪唑 质子交换膜 质子电导率 高温

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磺化聚苯并咪唑/二氧化硅杂化质子交换膜的制备及性能 被引量：3

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作者 董文琦 尚玉明 +3 位作者 谢晓峰 王树博 王要武 吕亚非 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第S1期225-230,共6页

为改善磺化聚苯并咪唑的综合性能,用异氰酸丙基三乙氧基硅烷作为偶联剂,正硅酸乙酯作为前驱体,在膜内生成有机-无机杂化交联网络,制备了燃料电池用高温质子交换膜。利用傅里叶转变红外光谱(FTIR)表征了聚合物膜的化学结构。用扫描电镜(S... 为改善磺化聚苯并咪唑的综合性能,用异氰酸丙基三乙氧基硅烷作为偶联剂,正硅酸乙酯作为前驱体,在膜内生成有机-无机杂化交联网络,制备了燃料电池用高温质子交换膜。利用傅里叶转变红外光谱(FTIR)表征了聚合物膜的化学结构。用扫描电镜(SEM)观察了聚合物膜的断面形貌。利用交流阻抗(EIS)测定了聚合物膜在磷酸掺杂后的质子传导率。研究结果表明,硅烷偶联剂的加入使得界面相容性良好。由于存在有机-无机交联结构,在膜的溶胀增加不大的前提下,磷酸掺杂量得到了增加,相应地增加了聚合物膜的质子传导率。 展开更多

关键词 磺化聚苯并咪唑 杂化 交联 质子交换膜

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氧化石墨烯/磺化聚苯并咪唑高温质子交换膜的制备和表征 被引量：2

3

作者 张琪 潘丽燕 +2 位作者 徐荣 周守勇 钟璟 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期4758-4764,共7页

通过共混法和原位聚合法成功制备氧化石墨烯(GO)/磺化聚苯并咪唑(SPBI)质子交换复合膜。用FTIR及TEM表征了复合膜的结构,并测试了复合膜的热稳定性、力学性能、尺寸稳定性、含水率、酸掺杂率、氧化稳定性及质子电导率,重点考察不同制备... 通过共混法和原位聚合法成功制备氧化石墨烯(GO)/磺化聚苯并咪唑(SPBI)质子交换复合膜。用FTIR及TEM表征了复合膜的结构,并测试了复合膜的热稳定性、力学性能、尺寸稳定性、含水率、酸掺杂率、氧化稳定性及质子电导率,重点考察不同制备方法、GO的加入对GO/SPBI质子交换复合膜结构和性能的影响。实验结果表明,GO在Y-GO/SPBI-1%复合膜中呈薄片状并良好分散。添加GO后复合膜的力学性能大幅提高,拉伸强度相较于Nafion117膜(26.65MPa)提高了2.5倍。Y-GO/SPBI-1%复合膜热稳定性稍高于G-GO/SPBI-1%复合膜。Y-GO/SPBI-1%复合膜拥有与SPBI膜相当的含水率,比G-GO/SPBI-1%复合膜的含水率提高了51.36%,表明原位聚合法制备的膜具有良好的保水能力。原位聚合法制备的复合膜具有更高的酸掺杂率和更低的酸溶胀度,提高了膜的尺寸稳定性。Y-GO/SPBI-1%质子交换复合膜在相对湿度40%、160℃下具有最高的质子电导率0.113S/cm。GO上的含氧官能团有助于复合膜中质子的跳跃,原位聚合法使GO更均匀地分散在SPBI基质中,对复合膜质子电导率的提高起到关键作用。 展开更多

关键词 氧化石墨烯 磺化聚苯并咪唑 原位聚合法 质子电导率 高温质子交换膜

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磺化聚苯并咪唑/膦酸改性氧化石墨烯质子交换复合膜的制备及性能 被引量：1

4

作者 张琪 张奎 +1 位作者 钟璟 徐荣 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期2751-2757,共7页

通过胺基膦酸化法改性氧化石墨烯(GO)合成接枝有膦酸基团和磺酸基团的膦酸改性氧化石墨烯(MGO),热重分析表明MGO具有良好的热稳定性。通过原位聚合法将MGO掺杂到磺化聚苯并咪唑(SPBI)中,成功制备了SPBI/MGO质子交换复合膜。SEM表明膜表... 通过胺基膦酸化法改性氧化石墨烯(GO)合成接枝有膦酸基团和磺酸基团的膦酸改性氧化石墨烯(MGO),热重分析表明MGO具有良好的热稳定性。通过原位聚合法将MGO掺杂到磺化聚苯并咪唑(SPBI)中,成功制备了SPBI/MGO质子交换复合膜。SEM表明膜表面致密,MGO的加入使断面出现片状结构。SPBI/MGO-1%复合膜的酸掺杂率最高达到248.8%,MGO的掺杂提高了复合膜的热稳定性。复合膜的干膜拉伸强度相对于Nafion117膜(26.65MPa)提高了36%,SPBI/MGO-1%的湿膜的拉伸强度达到69.46MPa,相较于SPBI膜提高了41.2%,复合膜具有较高的力学性能。SPBI/MGO复合膜的质子电导率随着MGO含量增加而逐渐增加,SPBI/MGO-1%复合膜在10%RH和160℃条件下质子电导率达到0.193S/cm,在高温低湿的质子交换膜燃料电池中有较高的应用前景。 展开更多

关键词 氧化石墨烯 原位聚合法 高温 低湿度 磺化聚苯并咪唑

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磷酸锆/磺化聚苯并咪唑填孔型质子交换复合膜的制备与性能研究

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作者 张琪 赵娟 +3 位作者 敖勇 徐荣 潘丽燕 钟璟 《高校化学工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期945-950,共6页

利用填充法将SPBI-ZrP电解质填充于ePTFE多孔基底中,制备SPBI-ZrP/ePTFE质子交换复合膜。分别采用FESEM、FT-IR、干湿称重法、拉伸测试和交流阻抗法对膜的微观结构和性能表征。实验结果表明,SPBI-ZrP电解质已成功填充于ePTFE基底中,膜... 利用填充法将SPBI-ZrP电解质填充于ePTFE多孔基底中,制备SPBI-ZrP/ePTFE质子交换复合膜。分别采用FESEM、FT-IR、干湿称重法、拉伸测试和交流阻抗法对膜的微观结构和性能表征。实验结果表明,SPBI-ZrP电解质已成功填充于ePTFE基底中,膜表面光滑。SPBI-ZrP-2.5膜在厚度方向的溶胀度是SPBI-ZrP-2.5/ePTFE膜的7.3倍,归因于ePTFE基底能够有效地抑制膜溶胀,提高膜尺寸稳定性;由于ePTFE基底的增强效应,SPBI-ZrP-2.5/ePTFE膜的拉伸强度比SPBI-ZrP-2.5膜提高19.86%;SPBI-ZrP-2.5/ePTFE膜的质子电导率在160和80℃、相对湿度100%下分别达到0.222和0.071 S×cm^(-1),而Nafion膜(EW=1100)在80℃的质子电导率为0.077 S×cm^(-1),在温度(29)100℃时质子电导率急剧下降,说明SPBI-ZrP-2.5/ePTFE膜在高温下具有良好的质子传导性能,能应用于高温质子交换膜燃料电池中。 展开更多

关键词 聚四氟乙烯 磺化聚苯并咪唑 Α-磷酸锆 高温 质子电导率

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新型磺化聚苯并咪唑的合成及性能 被引量：8

6

作者 赵晶 盛丽 +2 位作者 徐宏杰 房建华 印杰 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期645-648,共4页

以对苯二酚及对氟苯甲腈为原料,合成了1,4-二(4-羧基苯氧基)苯,再经磺化反应合成了1,4-二(4-羧基苯氧基)苯-2-磺酸钠(BCPOBS-Na),并以4,4'-二羧基二苯醚(DCDPE)作为非磺化二酸单体与3,3'-二氨基联苯胺反应合成了一系列磺化聚苯... 以对苯二酚及对氟苯甲腈为原料,合成了1,4-二(4-羧基苯氧基)苯,再经磺化反应合成了1,4-二(4-羧基苯氧基)苯-2-磺酸钠(BCPOBS-Na),并以4,4'-二羧基二苯醚(DCDPE)作为非磺化二酸单体与3,3'-二氨基联苯胺反应合成了一系列磺化聚苯并咪唑(SPBI).通过红外光谱、核磁共振及热重分析等手段对聚合物的结构及性能进行了分析.研究了聚合物的特性黏度、溶解性、成膜性及聚合物薄膜的力学性能. 展开更多

关键词 磺化聚苯并咪唑 1 4-二(4-羧基苯氧基)苯-2-磺酸钠 溶解性 力学性能

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燃料电池用新型磺化聚苯并咪唑交联膜的制备与性能 被引量：2

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作者 童晶晶 房建华 +1 位作者 郭晓霞 应黎彬 《功能高分子学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第4期463-471,共9页

将四胺单体4,4′-二(3,4-二氨基苯氧基)联苯(BDAPB)与二酸单体4,4′-二苯醚二甲酸(DCDPE)及四胺单体3,3′-二氨基联苯胺(DAB)在伊顿试剂(Eaton’s reagent,甲磺酸与五氧化二磷的质量比为10∶1)中进行无规共聚,合成了一系列聚苯并咪唑共... 将四胺单体4,4′-二(3,4-二氨基苯氧基)联苯(BDAPB)与二酸单体4,4′-二苯醚二甲酸(DCDPE)及四胺单体3,3′-二氨基联苯胺(DAB)在伊顿试剂(Eaton’s reagent,甲磺酸与五氧化二磷的质量比为10∶1)中进行无规共聚,合成了一系列聚苯并咪唑共聚物PBI-x(x为BDAPB在四胺单体中的摩尔分数)。然后通过后磺化和共价交联剂双酚A型环氧处理制得了一系列磺化聚苯并咪唑交联膜S-PBI-x-Cy(y为环氧基与咪唑基的物质的量之比)。采用热重分析、拉伸测试、芬顿试验等,研究了质子交换膜的热稳定性、力学性能、吸水率、溶胀率、质子电导率、抗自由基氧化稳定性能及电池性能。结果表明:所制得的交联膜都显示出良好的力学性能,膜的质子电导率随着BDAPB摩尔分数的增加而显著增大;当BDAPB的摩尔分数达到30%时,其质子电导率高于全氟磺化聚合物膜Nafion 212的质子电导率。交联处理降低了膜的溶胀率,且交联密度越高,溶胀率降低越显著。由S-PBI-30-C15组装成的单电池(H2-O2体系)显示出优异的发电性能,其在90℃和70%相对湿度下的最大输出功率密度达到1.11 W/cm^2,高于相同条件下由Nafion212组装成的单电池的最大输出功率密度(0.95 W/cm^2)。 展开更多

关键词 燃料电池 磺化聚苯并咪唑 交联膜

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面向全钒液流电池用磺化支化聚苯并咪唑膜的构筑

8

作者 李慧婷 刘希阳 +5 位作者 龙俊 黄文恒 李劲超 陈良 陈锓 张亚萍 《材料工程》 北大核心 2025年第7期201-211,共11页

面向全钒液流电池(VFB)应用,通过将合成的支化聚苯并咪唑与1,4-丁基磺酸内酯反应,制备了理论磺化度分别为30%、40%、50%和60%的磺化支化聚苯并咪唑(sb-PBI)膜。其中,sb-PBI-50膜展现出优异的钒离子阻力(9.34×10^(-9)cm^(2)/min)、... 面向全钒液流电池(VFB)应用,通过将合成的支化聚苯并咪唑与1,4-丁基磺酸内酯反应,制备了理论磺化度分别为30%、40%、50%和60%的磺化支化聚苯并咪唑(sb-PBI)膜。其中,sb-PBI-50膜展现出优异的钒离子阻力(9.34×10^(-9)cm^(2)/min)、质子传导能力(2.05×10^(-2)S/cm)和选择性(2.20×10^(6) S·min/cm^(3))。将sb-PBI-50膜装配到VFB中,在80~280 mA/cm^(2)电流密度下,其库仑效率(96.26%~98.35%)、电压效率(73.50%~90.19%)和能量效率(71.72%~86.82%)均高于商用Nafion 212膜。此外,在140 mA/cm^(2)电流密度下,使用sb-PBI-50膜的VFB可稳定进行1170次充放电循环,且保持化学结构和微观形貌稳定,说明sb-PBI-50膜在VFB中具有好的应用潜力。 展开更多

关键词 膜 磺化支化聚苯并咪唑 质子传导率和选择性 全钒液流电池

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聚苯并咪唑/磺化聚醚砜复合膜的制备

9

作者 王迎姿 尚玉明 +2 位作者 冯少广 谢晓峰 吕亚非 《华南师范大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2009年第A01期24-25,共2页

通过溶液共混的方法,以自制的高磺化度聚醚砜(ABPSNa-10)和磺化聚苯并咪唑(S-PBI)为原料,二甲基亚砜(DMSO)为溶剂,制备了酸碱复合膜,并研究了膜的组成对膜的甲醇溶胀性、甲醇渗透系数和质子传导率的影响,研究表明,复合膜具有良好的质子... 通过溶液共混的方法,以自制的高磺化度聚醚砜(ABPSNa-10)和磺化聚苯并咪唑(S-PBI)为原料,二甲基亚砜(DMSO)为溶剂,制备了酸碱复合膜,并研究了膜的组成对膜的甲醇溶胀性、甲醇渗透系数和质子传导率的影响,研究表明,复合膜具有良好的质子传导率.同时,随着S-PBI含量的增加,膜的阻醇性能和尺寸稳定性明显提高. 展开更多

关键词 磺化聚醚砜 磺化聚苯并咪唑 溶胀性 甲醇渗透 燃料电池

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燃料电池用新型磺化聚(醚酮苯并咪唑)共聚物的合成与性能 被引量：2

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作者 郭玉飞 郭志海 +4 位作者 张崇印 王文彬 刘飞跃 郭晓霞 房建华 《功能高分子学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期473-482,共10页

通过两步反应合成了一种邻二氨基单体4-苯氧基-1,2-苯二胺(POPDA),并将它与4,4’-二苯醚二甲酸(DCDPE)、5-氨基间苯二甲酸(APA)及3,3’-二氨基联苯胺(DAB)在多聚磷酸介质中进行无规共聚,合成了一种新型聚(醚酮苯并咪唑)共聚物(PEKBI-x,x... 通过两步反应合成了一种邻二氨基单体4-苯氧基-1,2-苯二胺(POPDA),并将它与4,4’-二苯醚二甲酸(DCDPE)、5-氨基间苯二甲酸(APA)及3,3’-二氨基联苯胺(DAB)在多聚磷酸介质中进行无规共聚,合成了一种新型聚(醚酮苯并咪唑)共聚物(PEKBI-x,x指POPDA在芳胺单体(POPDA和DAB)中的摩尔分数)。以发烟硫酸为磺化试剂,通过后磺化反应合成了相应的磺化聚(醚酮苯并咪唑)共聚物(SPEKBI-x)。利用SPEKBI-x结构中APA单元的侧氨基与交联剂1,2,7,8-二环氧辛烷结构中的环氧基团反应,制备了一系列磺化聚(醚酮苯并咪唑)共聚物交联膜(SPEKBI-x-CL)。采用热重分析、拉伸测试、Fenton实验等研究了质子交换膜的热稳定性、力学性能、离子交换容量、吸水率、溶胀率、质子电导率、抗自由基氧化稳定性及电池性能。结果表明:所制得的交联膜具有很高的离子交换容量(2.88~3.28 meq/g)、良好的力学性能和热稳定性,膜的质子电导率随着共聚物结构中POPDA单元含量的增加而增大。单电池初步测试结果表明:由SPEKBI-0.50-CL交联膜所组装的H2-O2单电池在80℃、80%相对湿度和100 kPa背压下的最大输出功率密度(PD,max)达到662 mW/cm2,高于由Nafion212所组装的H2-O2单电池在相同条件下的发电性能(PD,max=631 mW/cm2)。 展开更多

关键词 磺化聚(醚酮苯并咪唑) 质子交换膜 交联 燃料电池

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SPBI/ePTFE质子交换复合膜的制备与性能表征

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作者 张琪 何瑞玲 +1 位作者 赵娟 钟璟 《化工新型材料》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期233-237,共5页

采用化学法-萘钠溶液对疏水增强聚四氟乙烯(ePTFE)基底改性,往基底孔中填充磺化聚苯并咪唑(SPBI)电解质,通过多次真空抽滤和热处理法制备SPBI/ePTFE-x质子交换复合膜。分别采用红外光谱、扫描电镜、酸碱滴定法、干湿称重法和交流阻抗法... 采用化学法-萘钠溶液对疏水增强聚四氟乙烯(ePTFE)基底改性,往基底孔中填充磺化聚苯并咪唑(SPBI)电解质,通过多次真空抽滤和热处理法制备SPBI/ePTFE-x质子交换复合膜。分别采用红外光谱、扫描电镜、酸碱滴定法、干湿称重法和交流阻抗法等手段考察不同厚度的ePTFE基底对质子交换复合膜微观结构和性能的影响。结果表明:SPBI电解质成功填充于ePTFE基底中,膜表面光滑且致密。基底越厚可填充的SPBI越多,复合膜的IEC随基底ePTFE的厚度增加而增大,吸水率也随之增大。SPBI/ePTFE-5复合膜水平和厚度方向的溶胀度为5.26%和2.41%,说明具有较好的尺寸稳定性。SPBI/ePTFE-5复合膜基底厚度薄,传输质子的路径短,有利于质子间的传递,获得了最佳的质子电导率,在160℃时达到0.18S/cm,表明SPBI/ePTFE-5质子交换复合膜在高温下具有良好的质子传导性能。 展开更多

关键词 磺化聚苯并咪唑 聚四氟乙烯 质子交换复合膜 质子电导率

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