侧链型磺化聚砜质子交换膜构-效关系的研究

在制备氯乙酰基化聚砜(CAPS)和氯丁酰基化聚砜(CBPS)的基础上,以对羟基苯磺酸钠(HBS)为试剂,通过亲核取代反应制备侧链长度不同的两种侧链型磺化聚砜2PS-BS和4PS-BS (侧链碳原子数目分别是2和4),利用FT-IR和1H-NMR表征它们的化学结构后,采用溶液浇注法制备它们的质子交换膜(PEM),同时结合我们前期制备的侧链型磺化聚砜1PS-BS质子交换膜,研究柔性侧链的长度对PEM性能的影响。研究结果显示,与主链型PEM相比,1PS-BS、2PS-BS和4PS-BS由于亲水基团远离疏水主链,能够形成类似于Nafion膜的相分离结构,相应的PEM在高吸水率下仍能保持优越的尺寸稳定性和耐氧化性能。在相同的温度和IEC下,3种PEM随着柔性侧链长度的增加,PEM的相分离程度增强,进而导致PEM的尺寸稳定性、耐氧化性能和质子传导率增强,其中4PS-BS-4膜在25℃时的吸水溶胀性仅为7.1%,优于相同条件下Nafion115和Nafion117膜(室温溶胀率分别为9.5%和11%),相应的质子传导率达到了0.049S/cm,满足燃料电池的实际应用要求。