聚芳基哌啶阴离子交换膜的制备及结构表征开题报告

 2022-01-12 09:01

全文总字数:3262字

1. 研究目的与意义(文献综述)

近些年来,环境问题和能源问题变得日益严重,人们在开发可再生环保新能源方面投入了大量的研究。其中,燃料电池可以直接把化学能转化为电能,且不需要经过燃烧反应,从而可以摆脱卡诺循环的限制,使其能量转化效率大幅提升。因此,燃料电池在近几十年来受到了人们的广泛关注。

燃料电池根据电解质的不同可以分为五种类型:碱性燃料电池、磷酸型燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐型燃料电池以及质子交换膜燃料电池。其中质子交换膜燃料电池(pemfc)因其优异的性能已经商业化,但也存在成本高、催化剂易中毒、燃料电池内水管理困难等问题。

碱性阴离子交换膜燃料电池(aemfc)因其相对于pemfc的优势引起了人们的广泛研究。其优势如下:1.在碱性环境下,电极反应的活性得到提升,电池的氧化还原反应速率更快,提升了电池的运行速率。同时碱性环境对设备的腐蚀性也大大降低;2.在aemfc工作的过程中,氢氧根离子的移动方向与燃料的渗透方向相反,减少了电极间电压的损失;3.在amefc工作过程中,氢氧根离子向阳极迁移,带动了电池内部的水也向阳极移动,这样就保持了电池阴阳两极的水平衡,避免了阴极水淹的发生;4.在aemfc中,电极反应不产生co,避免了催化剂中毒,可以选择一些非贵金属作为电极催化剂,降低了电池大部分的使用成本。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备:以芴以其衍生物和哌啶为聚合单体,探索最佳的制备条件,然后通过自制的硅氧烷和长链叔铵进行交联制备阴离子交换膜。

材料表征:在红外光谱仪上收集4000cm-1和500cm-1之间的傅里叶变换红外(ftir)光谱。在bruker avance iii500光谱仪上以600mhz操作收集1h-nmr光谱,以cdcl3为溶剂,四甲基硅烷为内标进行测量。使用热重差示扫描量热法(tg-dsc)系统,在空气条件下以5℃/min的加热速率从室温至700℃进行热重差示扫描量热法(tg-dsc)。使用拉伸试验机在室温下在2mm/min的十字头速度下测量膜的拉伸强度。样品的宽度为10毫米,钳口之间的长度为30毫米。使用场发射扫描电子显微镜(zeiss ultra plus)进行膜的形态学表征。将膜固定在两个要测量的铂电极之间,在20至160℃的干燥空气中通过ac法获得的奈奎斯特曲线反映了膜电阻。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备,确定技术方案,并完成开题报告。 第4-8周:按照设计方案,合成制备聚芳基哌啶阴离子交换膜。 第9-12周:采用红外光谱、核磁、XRD和TEM等测试技术对聚芳基哌啶阴离子交换膜的结构进行表征。 第13-14周:总结实验数据,完成并修改毕业论文。 第15周:论文答辩。

4. 参考文献(12篇以上)

[1]marino m g , kreuer k d . alkaline stability of quaternary ammonium cations for alkaline fuel cell membranes and ionic liquids[j]. chemsuschem, 2015, 8(3):513-523.

[2]varcoe j r , atanassov p , dekel d r , et al. anion-exchange membranes in electrochemical energy systems[j]. energy environ. sci. 2014, 7(10):3135-3191.

[3]maurya s, lee a s, li d, et al. on the origin of permanent performance loss of anion exchange membrane fuel cells: electrochemical oxidation of phenyl group[j]. journal of power sources, 2019, 436: 226866.

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