固体电解质质子导体的研究进展

介绍了固体电解质质子导体的应用、结构、质子传输机理以及国内外的最新研究进展,详细地综述了钙钛矿型和非钙钛矿型固体电解质质子导体的多种结构类型以及其质子传导机理的最新理论研究,同时分别介绍了两种质子导体的发展概况和面临问题,展望了未来质子导体的发展前景.     

库仑滴定法测定燃料电池中质子交换膜的离子交换当量

<正>质子交换膜是燃料电池的重要组成部分,可利用其实现氢能转化为电能的输出,质子交换膜已成为国内外能源化学的研究热点~([1-2])。目前市场供应的质子交换膜多以磺酸基团(-SO_3H)为质子传递单元,若要提高质子交换膜的电导率,则必须增大质子交换膜上磺酸的含量。相关行业以离子交换当量衡量质子交换膜内酸的含量,质子交换膜的离子交换当量越低,膜上质子传导率越高,内电阻越小,利     

新颖无机质子传导材料的研究进展

质子传导在燃料电池、气体传感及电致显色等领域有重要的研究前景.尤其是在燃料电池领域,由于其具有低污染、高效率、操作简单和寿命长等优点而被广泛应用.本文介绍了质子传导在质子交换膜燃料电池中的重要作用及工作原理,分析了质子交换膜的质子传导机理,并简要分析总结了近年来关于无机及其复合质子导体材料的研究进展.     

水合甘氨酸体系水桥式质子迁移的理论研究

水分子与甘氨酸作用会导致甘氨酸羧基上的质子迁移到氨基上,质子可以通过水分子链进行迁移。采用密度泛函理论的B3LYP/6-31++g**方法研究了水分子链的逐渐增长（1~5个水分子）对质子迁移的影响,发现水分子数少于5时,质子迁移一步完成;水分子数为5时,质子迁移经由一个中间体,需两步完成;水分子链的增长使质子迁移反应的自由能越来越低,但是反应的活化能越来越高,即在热力学上有利于质子迁移反应,在动力学上不利于质子迁移反应。     

质子交换膜的传输通道微观结构对燃料电池性能的影响

质子交换膜燃料电池因其高效、高能量密度、快速启动等独特优势在便携电子设备及汽车动力装置等应用中极具发展潜力。质子交换膜内的传输通道由于对膜质子传导性能有重要影响而受到研究者们的广泛关注。构筑有序结构的质子传输通道,能够获得质子电导率与燃料渗透率、热稳定性、化学稳定性等性能均衡提升的新型质子交换膜材料。本文结合近年来质子传输通道的研究进展,对控制聚合物的相形态从而构筑有序质子传输通道的研究进行了综述,并针对不同相形态所形成的有序通道对膜及燃料电池性能的影响进行了分类与评述,最后对其发展趋势进行了展望。     

有机质子和有机水溶剂中有机酸pKa值的测定与玻璃电极的标定

在非水质子溶剂和有机．水溶液中有机酸的酸碱平衡常数测定精度与质子浓度的测定精度密切相关。溶液中质子活度可以用水标准溶液标定的玻璃电极用电位法来测定。测得的以水为标准的质子活度pHm,可用-log[H2S^＋]=pHm-（-logγ-D）来转换成质子的浓度，（-logγ-D）是一个与该溶剂有关的常数。用非线性回归法对有机酸的质子交换数与质子溶度关系模拟可以进一步提高有机酸酸度测定的精度。     

燃料电池用质子交换膜的研究进展

质子交换膜是燃料电池的重要组成部分。本文介绍了全氟磺酸膜的优缺点,对其进行改进的方法以及新型质子交换膜的发展情况,重点讨论了各类质子交换膜的制备、结构、性质以及它们在质子交换膜燃料电池(PEMFC)或直接甲醇燃料电池(DMFC)的应用,最后提出质子交换膜的发展趋势。     

杂萘联苯聚芳醚质子交换膜材料的研究

质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心部件之一,其性能的优劣直接关系燃料电池的工作性能.目前质子交换膜燃料电池多采用全氟磺酸离子膜,全氟磺酸膜虽然具有较高的质子传导性和良好的化学稳定性,但是也具有价格昂贵、甲醇渗透高和高温下质子传导性能下降等缺点.     

基于杂多酸的固体高质子导体*

杂多酸固体高质子导体在燃料电池、传感器和电显色装置等方面具有潜在的应用前景。本文概述了杂多酸的质子导电性,归纳了其质子导电性的一些规律,以表格形式列举了各类杂多酸的电导率。将不同质量分数的杂多酸固载在各类固体基质上,可以对杂多酸质子导电材料改性以便于工业中实际应用。这些杂化材料兼有杂多酸的高质子导电性以及基质的稳定性与机械延展性。本文综述了近几年来新型杂多酸,杂多酸-无机基质复合材料,杂多酸-有机基质复合材料,杂多酸-多元基复合材料的质子电导率、稳定性、结构形态等等方面的研究进展,详细介绍了杂多酸在质子交换膜燃料电池中的应用,并对杂多酸固体高质子导体的应用前景进行了展望。     

多孔有机盐单晶的合成及各向异性质子导电性能

以cis,cis-1,3,5-三氨基环己烷·3HBr和均苯四甲酸在室温下通过离子键构筑了具有规整形貌和大尺寸的晶态多孔有机盐CPOS-10, 其具有较好的热稳定性和永久多孔性. 得益于规整形貌及大尺寸单晶, 首次实现了对多孔有机盐单晶各向异性质子导电性能的研究, 并结合晶体结构探索了各向异性质子导电的机理. 结果表明, 水分子浓度对CPOS-10质子电导率的大小具有重要作用, 骨架内水分子浓度高的晶面更易于与极性基团构成氢键网络, 促进质子传导, 利用此网络的质子传导具有更高的质子电导率. 因此, 骨架内水分子的不均匀分布是导致单晶各向异性质子导电的主要原因. 对CPOS-10单晶各向异性质子导电性能的探索可为研究多孔有机盐的质子导电机理提供重要的依据.     

聚苯并咪唑/磺化苯膦酸锆质子交换杂化膜的制备与表征

为了提高质子交换膜在高温和低湿度条件下的热稳定性、机械性能和质子传导性能,将新型质子导体磺化苯膦酸锆(Zirconium Sulfophenylphosphonate,Zr SPP)引入聚苯并咪唑(Polybenzimidazole,PBI)有机基体中制备PBI/Zr SPP质子交换杂化膜。分别采用扫描电镜(SEM)、拉伸测试、热稳定性分析(TGA)和交流阻抗法对质子交换杂化膜的微观结构及性能进行表征。考察了Zr SPP在膜内的分散性及其加入对质子交换杂化膜的热稳定性能,机械性能及质子传导性能的影响。实验结果表明,Zr SPP均匀的分布在质子交换杂化膜中;Zr SPP的加入增强了质子交换杂化膜的热稳定性能;在外界不加湿的条件下,PBI/5%Zr SPP质子交换杂化膜的质子电导率在160℃可达到38m S/cm。PBI/5%Zr SPP质子交换杂化膜的拉伸强度为43.0MPa,具有比Nafion117(拉伸强度26.6MPa)更好的机械性能。     

氧化石墨烯/聚合物复合质子交换膜研究进展

氧化石墨烯/聚合物复合质子交换膜(GO/Polymer blend PEM)是一种新型的质子交换膜,广泛应用于直接甲醇燃料电池(DMFC)中,已成为质子交换膜研究的热点之一。氧化石墨烯/聚合物复合质子交换膜具有较高的传导质子率、力学性能、阻醇性能和电池性能。本文综述了氧化石墨烯(GO)处理方法、氧化石墨烯/聚合物复合质子交换膜制备方法,氧化石墨烯/聚合物复合质子交换膜的质子传导、阻醇、离子交换容量和电池的性能,氧化石墨烯/聚合物复合质子交换膜质子传递机理及阻醇机理。     

金属有机框架质子导体及其质子交换膜的研究进展

质子交换膜是新型燃料电池的关键组件之一.以Nafion为代表的商用全氟磺酸质子交换膜成本较高、操作温度较低,限制了宽温度范围下的大规模应用.金属有机框架材料（Metal Organic Framework,MOFs）因其比表面积大、结构规整、可设计性强等优点,在质子交换领域备受关注.作者从三方面综述了MOFs质子导体的相关研究.第一部分主要介绍了MOFs传导质子的作用机理;第二部分从有水/无水条件下工作的两种不同MOFs出发综述了MOFs质子导体的相关发展;第三部分系统回顾了MOFs质子交换膜的相关研究,包括MOFs薄膜与MOFs混合基质膜结构.最后指出了MOFs质子导体及其质子交换膜研究中尚未解决的问题,并展望该领域的未来研究方向.     

2-取代咪唑衍生物掺杂高温非水用Nafion质子交换膜的制备和性能

高温质子交换膜燃料电池所面临的一个主要技术障碍是高温低湿度环境下能够具有满足电池工作条件的膜的制备.本文通过所合成的2-取代咪唑衍生物与全氟磺酸树脂的掺杂,采用溶液重铸法制备了可以在高温无水条件下工作的质子交换膜.通过2-位疏水基团的接枝,实现了非水质子传导介质的咪唑环在膜内的固定,所制备的复合质子交换膜的导质子率在160℃无水条件下达到6.8×10^-3Scm^-1;而且相比全氟磺酸均质膜,其热稳定性也有所提高.采用静电力显微镜观察到了所制备的复合质子交换膜内相互连接的离子团簇的形成;结合其质子传导活化能,提出了所制备的复合质子交换膜在120℃以下质子传导以跳跃方式为主;在120℃以上,则以咪唑环的＂钟摆＂形式实现质子在膜内的传输.     

硫酸交联壳聚糖膜质子传导行为的研究

制备了硫酸交联壳聚糖膜, 通过研究其质子传导性能、力学性能、化学成分及结构变化, 分析了硫酸与壳聚糖分子间的交联方式, 并对质子传导机理进行了解析. 结果表明, 硫酸交联可显著改善壳聚糖膜的质子传导能力与力学性能, 这种改善作用在交联6 h后趋于稳定, 交联6 h后的壳聚糖湿膜在室温下时质子传导率为0.0472 S• cm^－1, 比未交联的壳聚糖膜提高5倍左右. 硫酸交联壳聚糖膜中的质子传导率与温度的关系符合Arrhenius定律, 质子传导激活能为18 kJ/mol, 其传导机制应属于Grotthus机制. 硫酸对提高壳聚糖膜的质子传导能力主要有两方面的作用: (1) H₂SO₄可使壳聚糖分子中NH₂质子化形成NH₃^＋. (2) 处于两个氨基之间的SO₄^2－在质子传递过程中起离子桥梁作用, 参与以水分子为载体的质子传导过程, 从而减小质子传导的阻力, 提高了质子传导率.     

一种新型结构质子交换膜的研究

质子导体的研究近年来受到了广泛的关注,具有质子传导能力的电解质材料可广泛地应用于燃料电池、电解池、电化学反应装置以及传感器等领域[1],特别是作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)的核心组件之一的质子交换膜越来越受到人们的重视.Nafion (Du Pont)全氟磺酸膜是目前广泛用于PEMFC中的一种质子导体.     

苝醌分子内质子传递过程的理论研究

用AM 1方法计算了醌 (PQ)及醌类光敏剂竹红菌甲素 (HA)分子内质子传递过程的势垒 .得到如下结果 :( 1 )PQ在基态、单重激发态、三重激发态的质子传递势垒分别为 89 75 ,5 5 40和 83 97kJ/mol;( 2 )PQ负离子在基态和激发态的质子传递势垒分别为 80 .1 2和 79.91kJ/mol;( 3)PQ正、负离子自由基的质子传递势垒分别为 6 5 94和 5 9 2 9kJ/mol;( 4)PQ发生分子内双质子传递的势垒为 1 72 1 3kJ/mol;( 5 )HA的质子传递势垒为 89.2 4和 88.0 7kJ/mol.由此得出以下结论 :( 1 )PQ在基态和激发态都存在分子内质子传递过程 ,但激发态的传递速率大大高于基态 ;( 2 )PQ发生双质子传递的可能性几乎没有 ;( 3)PQ负离子及正、负离子自由基仍存在分子内质子传递 ;( 4)HA的七元侧环并未显著影响它的质子传递势垒 .     

状态法直接书写质子守恒式

质子守恒式(proton balance equation,缩写PBE)亦称质子条件,是用酸碱质子理论处理酸碱平衡问题的重要环节。固然它可以根据溶液体系的电荷平衡及物料平衡关系式导出,但更为简单的一种方法是根据溶液中质子接受体和给予体间得失质子总数的关系直接写出。因此,国内外的书刊多采用所谓“零水准法”直接书写质子守恒式,即首先选择溶液中大量存在     

静电纺丝纳米纤维在燃料电池质子交换膜中应用的研究进展

保护环境,开发环保型能源,对人类和社会具有重要意义。 质子交换膜燃料电池由于具有燃料转化率较高和无污染的优点,备受关注。 静电纺丝纳米纤维具有比表面积大、高孔隙率和三维的相互连通的网状结构等特点,可以在燃料电池质子交换膜中得到广泛应用。 静电纺丝纳米纤维类复合质子交换膜具有较高的质子传导率,较低的燃料渗透率,较好的化学稳定性能、热稳定性能和机械性能。 本文首先介绍了质子交换膜燃料电池,然后从不同的离子型聚合物基质复合质子交换膜的类别出发,介绍了静电纺丝纳米纤维在Nafion、磺化聚酰亚胺(SPI)、聚苯并咪唑(PBI)、磺化聚醚醚酮(SPEEK)等不同种类的离子型聚合物质子交换膜中的研究现状及作用机理,同时对静电纺丝纳米纤维在质子交换膜的应用方面存在的问题及应用前景做了评论和展望。     

关于质子条件式的书写

给出了一个在酸碱质子理论体系中,书写任意类型酸碱体系质子条件式的完整而且清楚的步骤。