mofs壳聚糖复合质子交换膜的制备及质子传输性能的研究

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1、学校代码10459学号或申请号201312151705密级硕士学位论文MOFs/壳聚糖复合质子交换膜的制备及质子传输性能的研究作者姓名：李静娟导师姓名：李林科副教授臧双全教授学科门类：理学专业名称：无机化学培养院系：化学与分子工程学院完成时间：2016年5月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterStudyonSynthesisandProtonConductionofMetal-OrganicFramework/ChitosaHybridProtonExchangeMembranesByJingjuanLiSuperv

2、isor:AssociateProf.LinkeLiProf.ShuangquanZangInorganicChemistryThecollegeofChemistryandMolecularEngineeringMay,2016原创性声明：，独立本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研。巧所取得的成果除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集。体，均已在文中明确方式标明本声明的法律责任由本人承担。－学位论文作者货曰期；曰期；年＾月＾曰ｊ学位论文使用授权声明。本人在导师

3、指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文彼查阅巧借阅；本人授权郑州；、大学可＾＾１将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可切采用影印缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文、使用学。本人离校后发表一位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者令静女曰期：ｗ！）年＾月＾百自摘要摘要质子交换膜(PEM)是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的关键组件,它能隔开电池中

4、燃料和氧化剂两极的气体，且又允许质子在膜内自由通过，起着质子传递的作用，对燃料电池的寿命和性能影响很大。因此，PEM的研究一直是质子交换膜燃料电池(PEMFC)的研究热点。近年来，组装有特定功能的金属有机框架依然受到化学工作者的广泛关注，其中，金属有机框架的MOF材料凭借较好的热稳定性、结构可设计、孔腔可功能化修饰以及比表面积较大等特点，在许多领域呈现出诱人的发展前景，例如：光学材料、磁性、气体吸附和分离、多相催化和导电材料等等。而具有孔腔或带有亲质子基团的金属有机框架材料具有独特的结构和质子传输通道，在质子导电方面已经取得了一定的发展。把该类配合物引入质子交换膜的研究不仅使MOF材料向实际应

5、用迈了一大步，而且为质子交换膜的改良提供了新的思路。本文按文献的方法合成了两个多孔的配合物：[Cr3O(H2O)3(bdc)3](MIL-101)和[Cr3O(H2O)3(STA)3]·nH2O(S-MIL-101)。用酸浸渍MIL-101的方法得到了H2SO4@MIL-101、H3PO4@MIL-101和CF3-SO3H@MIL-101。以壳聚糖(CS)为基质采用共混法和溶液浇铸法制得了一系列的复合质子交换膜。测试了所有膜的导电性，并对其进行了红外、热重、元素分析、扫描电镜和透射电镜等表征，最后对其质子传输机理进行了探究。本论文主要包括以下两部分：一、在溶剂热的条件下，采用刚性对苯二甲酸(H

6、bdc)和2-磺酸-对苯二甲酸钠盐(STSA)配体分别与金属盐Cr(NO3)3·9H2O构筑了两个多孔的配位聚合物：[Cr3O(H2O)3(bdc)3](MIL-101)(1)和[Cr3(H2O)3(STA)3]·nH2O(S-MIL-101)(2)。通过XRD表征，证实所得产物与报道的结构一致，MIL-101和S-MIL-101具有相似的空间构型，即Cr3+离子采取相同的配位方式。1和2结构的不同之处是S-MIL-101有许多游离的磺酸基。而后我们用共混法和溶液浇铸法制备了一系列复合质子交换膜：CS/MIL-101-X1和CS/S-MIL-101-X(X1,X分别代表加入MIL-101和S-

7、MIL-101质量占总质量的百分率)。本文对制备的所有膜导电率进行了测试，通过实验结果知道：CS/MIL-101-X1和CS/S-MIL-101-X膜的导电率都比纯CS膜的高，尤其值得注意的是CS/S-MIL-101-4膜的导电率最高达到了0.064S·cm–1，相同条件下比纯CS(0.029S·cm–1)提高了120%。我们又对所有复I摘要合膜的热稳定性进行研究，借助各种表征手段推测出了这两种膜