摘要：本论文以分子设计出发，利用低廉易得的化工原料，通过调整单体的比例，首次采取“二锅二步”法的合成工艺，通过预聚合、再缩合聚合的历程成功制备出了一类具有微观相分离结构的含芴-氮杂萘酮-两亲嵌段聚芳醚砜酮离聚物质子交换膜材料，并对其进行一系列的性能测试，具体内容如下：以双酚芴、4,4'-二氯二苯砜、双酚AF型二氮杂萘酮、二氟二苯酮磺酸钠为原料，通过调整4种单体的比例，采取预聚合、再缩合聚合工艺制备了一系列具有不同链段尺寸的芴-双酚AF型氮杂萘酮-两亲嵌段聚芳醚砜酮离聚物质子交换膜材料。实验结果表明，该系列离聚物的结构可控，热稳定性良好，5wt%热失重温度均高于250℃；由其制备的质子交换膜具有良好的耐醇性和耐甲醇渗透性能，优异的抗氧化性和水解稳定性，适当的质子传导率和吸水率；80℃下该系列膜的质子传导率与30℃时相比呈现倍增走势，离聚物8e膜的质子传导率在80℃下达到了1.83×10~(-3)S/cm；利用原子力显微镜（AFM）对湿膜的微观结构进行观测，结果表明该系列膜材料具有显著的微相分离结构，且憎水效应和亲水效应随链段尺寸的响应参数不一样，在小链段尺寸时，憎水效应显著，亲水相只能以小的分离的连续相有着于憎水连续相中，随着嵌段尺寸的增加，亲水效应变得显著，在达到一定的嵌段尺寸时湿膜发生相反转，憎水相将以小的分离的连续相有着于亲水连续相中，形成了较多连续的的质子传输通道。此外，我们还以双酚芴、4,4’-二氯二苯砜、联苯双酚型二氮杂萘酮、二氟二苯酮磺酸钠为原料，采取“二锅二步”法制备了一系列具有不同亲水链段比例的芴-联苯双酚型氮杂萘酮-两亲嵌段聚芳醚砜酮离聚物质子交换膜材料。该系列离聚物的结构可控，热稳定性良好，由其制成的质子交换膜具有优异的质子传导率、高温水解稳定性以及力学性能，合适的吸水率和溶胀率，随着亲水链段比例的增加，膜的吸醇率增加，抗氧化性能降低；该系列膜的质子传导率随着温度的升高而增大，在80℃下的质子传导率接近或高于Nafion117的30℃质子传导率，离聚物12d膜的质子传导率在100℃下达到了5.01×10~(-3)S/cm；膜的XRD测试结果表明此类膜材料是一个含有部分晶态的聚合物，膜的AFM结果表明膜具有显著的微相分离结构，该系列新型两亲嵌段聚芳醚砜酮离聚物都具备了相反转的条件，憎水相以小的分离的连续相包裹在亲水连续相中，且随着亲水链段比例的增大，其亲水区域的尺寸增大，呈现显著的吸水溶胀状态，形成大的质子交换通道。综上可知，含芴-氮杂萘酮-两亲嵌段聚芳醚砜酮离聚物质子交换膜有望作为质子交换膜材料在中高温质子交换膜燃料电池中利用。关键词：嵌段聚芳醚砜酮论文离聚物论文质子交换膜论文燃料电池论文
摘要5-7
Abstract7-12
第一章 绪论12-28
1.1 引言12
1.2 质子交换膜燃料电池（PEMFC）12-16
1.2.1 质子交换膜燃料电池的进展历程13-14
1.2.2 质子交换膜燃料电池的工作原理14-15
1.2.3 质子交换膜燃料电池的运用15
1.2.4 质子交换膜燃料电池有着的一些不足15-16
1.3 质子交换膜（PEM）16-25
1.3.1 全氟型质子交换膜17-18
1.3.2 部分含氟型质子交换膜18-19
1.3.3 非氟型质子交换膜19-25
1.4 课题探讨的背景和内容25-28
1.4.1 课题探讨的背景25-26
1.4.2 课题探讨的内容26
1.4.3 课题的革新点26-28
第二章 实验仪器及测试策略28-33
2.1 实验试剂及实验仪器28-30
2.1.1 实验所需试剂28-29
2.1.2 实验所需仪器29-30
2.2 测试策略30-33
第三章 双酚 AF 型氮杂萘酮嵌段聚芳醚砜酮离聚物33-47
3.1 前言33-34
3.2 单体的合成34-36
3.2.1 2-(4-氯苯甲酰)苯甲酸单体的合成34-35
3.2.2 含双酚 AF 的双二氮杂萘酮单体的合成35-36
3.3 聚合物 8A-8E 的合成36-37
3.4 聚合物膜的制备37-38
3.5 结果与讨论38-45
3.5.1 聚合物的合成和性能表征38-40
3.5.2 聚合物的热性能40-42
3.5.3 膜的吸水率、吸醇率和甲醇渗透率42-43
3.5.4 膜的离子交换容量和质子传导率43
3.5.5 膜的抗氧化性和水解稳定性43-44
3.5.6 湿膜的微观形态44-45
3.6 本章小结45-47
第四章 联苯双酚氮杂萘酮嵌段聚芳醚砜酮离聚物47-63
4.1 前言47
4.2 实验部分47-50
4.2.1 含联苯双酚的双二氮杂萘酮单体的合成47-49
4.2.2 聚合物的合成49-50
4.3 聚合物膜的制备50
4.4 结果与讨论50-61
4.4.1 聚合物的合成和性能表征50-54
4.4.2 聚合物的热性能54
4.4.3 膜的吸水率、溶胀率以及吸醇率54-55
4.4.4 膜的抗氧化性和水解稳定性55-56
4.4.5 膜的离子交换容量和质子传导率56-58
4.4.6 膜的机械性能测试58-59
4.4.7 膜的 XRD 测试59-60
4.4.8 湿膜的微观形态60-61
4.5 本章小结61-63
结论和展望63-66
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