磺化来瓦希尔骨架(MIL-101(Cr)-SO3H)/磺化酚酞侧基聚芳醚砜杂化质子交换膜的制备及性能

作者：韩光鲁^*; 陈哲; 蔡立芳; 张永辉; 张学波; 马环环; 冯明煦

来源：复合材料学报, 2020, 37(03): 504-511.

DOI：10.13801/j.cnki.fhclxb.20190505.001

• 合成
• 制备
• 杂化
• 燃料电池
• 质子交换膜

应用水热合成法制备了来瓦希尔骨架材料(MIL-101(Cr)),通过后磺化法将磺酸(SO3H)基团引入MIL-101(Cr)的笼状结构中,得到具有质子传导功能的MIL-101(Cr)-SO3H。FTIR结果表明,磺酸基团成功引入到MIL-101(Cr)中。SEM和XRD结果表明,磺化前后材料的粒径在纳米尺寸范围,且MIL-101(Cr)-SO3H颗粒的晶体结构无坍塌。元素分析结果表明, MIL-101(Cr)-SO3H的磺化度为0.36。然后将MIL-101(Cr)-SO3H掺杂到磺化酚酞侧基聚芳醚砜(SPES-C)中制备了MIL-101(Cr)-SO3H/SPES-C燃料电池用杂化质子交换膜。SEM结果说明, MIL-101(Cr)-SO3H/SPES-C杂化膜内MIL-101(Cr)-SO3H分散均匀, SPES-C与MIL-101(Cr)-SO3H两相相容性较好,膜内无缺陷。TGA分析结果表明, MIL-101(Cr)-SO3H/SPES-C杂化膜热稳定性优良。MIL-101(Cr)-SO3H的引入可以提高MIL-101(Cr)-SO3H/SPES-C杂化膜吸水率并降低甲醇渗透性。随填充物MIL-101(Cr)-SO3H的含量增加和测试温度升高, MIL-101(Cr)-SO3H/SPES-C杂化膜的质子传导率随之增大。当温度为80℃时, MIL-101(Cr)-SO3H填充量为5wt%的MIL-101(Cr)-SO3H/SPES-C杂化膜的质子传导率达到0.162 S·cm-1,比商用Nafion膜的质子传导率(0.134 S·cm-1)提高了20.1%。

• 单位
  郑州轻工业学院