碳纳米管添加剂对质子交换膜燃料电池低铂载量膜电极性能的影响研究

以碳纳米管（CNT）作为低铂载量膜电极（CCM）催化层（0.1 mg_Pt·cm^-2）添加剂，研究了CNT的添加方式对催化层微观结构以及膜电极性能的影响.结果表明，与常规低铂载量催化层相比，在其表面喷涂一层CNT或将CNT均匀分散到Pt/C催化层中均有利于提升低铂载量膜电极的输出性能，在70℃和100%相对湿度条件下最高输出功率比常规低铂载量膜电极的0.522 W·cm^-2分别提升了22.4%和60.0%，并且均匀分散添加方式优于分层添加方式.其原因在于分层添加CNT后改善了低铂催化层和气体扩散层之间的接触界面，降低了催化层与扩散层间的接触电阻，而均匀分散添加方式除了可降低界面接触电阻外，还显著改善了低铂催化层中的气体传输，大幅提升了Pt催化剂的利用效率，使得膜电极电化学反应电阻明显降低.进一步对均匀分散添加方式中CNT的载量进行优化，表明CNT添加量为37.5 μg·cm^-2时电池输出性能最佳，70℃和100%相对湿度条件下的最大输出功率达到0.91 W·cm^-2.本研究工作表明，将CNT均匀分散添加到催化层中是一种有效提升低铂载量膜电极性能的方法.     

壳聚糖固体聚合物电池用膜

壳聚糖是甲壳素脱乙酰基的产物，具有良好的成膜性、生物相容性、环保以及价格低廉等特点。作为一种碱性高分子膜材料，近年来已成为聚电解质研究领域中的研究热点。本文综述了壳聚糖固体聚合物电池用膜的研究现状，其改性工艺主要包括共混、化学改性、质子酸掺杂、无机盐掺杂等方法，比较了各种工艺处理后壳聚糖固体聚合物电解质膜的性能差异，并就壳聚糖固体聚合物电解质膜中离子传导机理中有待解决的问题进行探讨，并提出了进一步改进壳聚糖固体聚合物电解质膜性能的研究思路。     

聚乙烯吡咯烷酮基碘凝胶电解质的制备及在染料敏化太阳能电池中的应用

采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚偏氟乙烯(PVDF)为凝胶剂,以碘化锂和碘单质为碘源,碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丙烯酯(PC)为溶剂,制备了染料敏化太阳能电池(DSSCs)用凝胶聚合物电解质(GPE).使用拉曼光谱、循环伏安曲线和交流阻抗谱等对GPE进行表征.结果表明,聚合物的配比与浓度及碘与碘化锂比例对该电解质性能有很大影响,当聚合物质量分数为10%、PVP与PVDF质量比为80∶20、I2浓度为0.042mol/L且LiI与I2摩尔比为30∶1时,制备的GPE在室温下电导率达最大值(3.27 mS/cm).使用该GPE组装的DSSCs在100 mW/cm2的模拟太阳光照射下,开路电压为0.64 V,短路电流为13.6 mA/cm2,填充因子为0.595,能量转化效率为5.18%,并在30 d内表现出了良好的稳定工作性能.     

自交联聚乙烯亚胺-聚砜高温质子交换膜研究

为了制备出兼具高电导率和优异力学性能的高温质子交换膜,本工作采用化学自交联的方法将含氮功能基团聚乙烯亚胺（PEI,平均分子量200）接枝到氯甲基化聚砜（CMPSF）高分子链上制备磷酸掺杂型高温质子交换膜的基膜（PEI-PSF）.其中,PEI上的含氮功能基团既作为磷酸吸附位点,使高温质子交换膜获得高的质子传导率,同时又作为交联位点与CMPSF高分子链上的苄氯基团发生自交联反应,使聚合物膜具有优良的力学性能.傅里叶变换红外光谱和X-射线光电子能谱测试结果表明,CMPSF高分子链上的苄氯基团与PEI上的含氮功能基团发生完全反应,且随着聚砜氯甲基化程度的增加,膜中引入的PEI含量相应增加,进而提升了PEI-PSF膜的磷酸掺杂水平.氯甲基化程度为58%的PEI-PSF膜（PEI-PSF-58）磷酸吸附量达到122 wt%,在180℃无水条件下质子电导率达到3.4×10^-2 S·cm^-1,同时该复合膜拉伸强度达到30 MPa.基于磷酸掺杂的PEI-PSF-58复合膜的高温质子交换膜燃料电池在150℃干气条件下的输出峰功率达到200 mW·cm^-2,并且在78 h的测试时间内展示出了良好的稳定性.     

壳聚糖季铵盐-Zn(Ⅱ)催化磷酸双酯与质粒DNA水解动力学

采用壳聚糖与缩水甘油三甲基氯化铵反应制备了壳聚糖季铵盐( HTACC),研究了其Zn(Ⅱ)配合物HTACC-Zn(Ⅱ)催化DNA的模拟底物对硝基苯酚磷酸双酯(BNPP)水解的动力学过程及其对质粒DNA的催化裂解.结果表明,HTACC-Zn(Ⅱ)对BNPP的水解反应具有良好的催化活性,其表观一级速率常数可达到6.7×10...     

化学与生物改性合成质子交换膜

新型质子交换膜的研究主要集中在Nafion膜的化学或物理改性、化学合成材料的更新以及新型的生物材料燃料电池用质子交换膜的研发。本文对燃料电池用质子交换膜近3年的研究进展做了综述,并对PEMFC质子交换膜的发展前景进行了探讨与预测。     

PTFE辐射接枝对苯乙烯基三甲氧基硅烷制备质子交换膜

采用聚四氟乙烯(PTFE)膜室温下共辐射接枝单体p-苯乙烯基三甲氧基硅烷(StSi),之后经磺化和水解缩聚制备了含有亲水性的—Si—O—Si—交联结构和Si—OH基团的质子交换膜.研究了溶剂、吸收剂量、吸收剂量率以及单体浓度等参数对接枝率的影响,并对质子交换膜的离子交换容量(IEC)、吸水性、尺寸稳定性及电导率等性能进行了分析.结果表明,实验条件下接枝率随吸收剂量和单体浓度增加而增加,采用3mol·L-1的单体浓度减少均聚物;吸收剂量率为10～43Gy·min-1时,接枝率随剂量率变化不明显;以甲苯做溶剂可获得较高接枝率并保持膜的机械强度;IEC值、吸水性和电导率随接枝率增加而增大,是—SO3H、—Si—O—Si—交联结构和Si—OH基团共同作用的结果.接枝率72.5%时膜的IEC值为1.53mmol·g-1,高于Nafion117(0.89mmol·g-1),90℃吸水率为63%,尺寸稳定(优于Nafion117),质子电导率达1.5×10-2S·cm-1,获得了低于Nafion117的甲醇透过性,接枝率50.1%时甲醇透过系数0.82×10-6cm2·s-1.     

纳米TiN碳糊电极对青霉素的电化学检测

以纳米氮化钛(TiN)为电活性物质,制备了用于检测青霉素的纳米TiN修饰碳糊电极.研究了该碳糊电极中石墨与纳米TiN的质量比、电极面积、溶液pH值及缓冲容量等因素对青霉素检测效果的影响.结果表明,在优化的条件(石墨与TiN的质量比为2∶1,电极面积为1 mm~2,溶液pH值为7.2以及缓冲容量为20 mmol/L KH_2PO_4)下,该电极检出限为2×10~(-5)mol/L,线性检测范围为4×10~(-5)~3.2×10~(-3)mol/L.利用Zeta电位及交流阻抗的方法,揭示了纳米TiN碳糊电极检测青霉素的机理为纳米TiN对青霉素的特异性吸附.纳米TiN碳糊电极展现出良好的稳定性、选择性和重复性,在青霉素检测领域具有广阔的应用前景.     

双极界面聚合物膜燃料电池Ⅰ:膜电极构型

双极燃料电池是一类新型的具有酸碱双极反应界面的聚合物膜燃料电池,其潜在的优势在于:(1)在碱性催化层中可利用非贵金属催化剂,降低电池成本;(2)双极反应界面上的水生成/解离反应可调节电池的水传输特性,形成电池的自增湿机制.尽管双极燃料电池理论上具有如此显著的优势,但其研究还处于起步阶段,尚缺乏大量有力的理论和实验依据.通过构建四种不同界面结构的双极膜电极,系统地研究了双极界面对电池性能的影响.结果表明,仅含有水生成界面的双极燃料电池构型最有利于电池输出性能的提升,并且成功利用这一构型验证了双极燃料电池自增湿稳定放电的特性.双极燃料电池的发展将有力的推动便携式自增湿燃料电池的进步.     

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.