高性能磺化聚（苯-酰亚胺）质子传输膜的合成及表征

摘要

本文首次利用Ni11催化偶联合成了一系列的磺化聚苯和聚（苯-酰亚胺）质子传输膜材料,在聚合物中引入酰亚胺基团,提高了聚合物的成膜性和机械性能。由于SPI（Ⅰ）和SPI（Ⅱ）中存在不对称结构的酰亚胺基团,破坏了分子链的堆积,因此得到的膜具有较高的水吸收;尽管SPP具有高的IEC值,但水吸收很低。和Nafion 117(1.7?10-1S/cm, at 80℃)膜相比,磺酸的强酸性和良好的相分离结构导致高的质子导电率(大于2.6?10-1S/cm,at 80℃);尤其是在高温时,SPI（Ⅰ）和SPI（Ⅱ）膜都表现出了很高的质子导电率,可能是由于酰亚胺的不对成结构使得膜在高温时仍能保持大量的水分子以利于质子传输,例如SPI（Ⅰ）-70在80℃的质子导电率为0.687S/cm,相当于相同测试条件下Nafion 117的三倍。同时,-CF3和全芳香结构的引入大大的提高了膜的氧化稳定性,SPI（Ⅰ）膜在Fenton’s试剂中完全溶解的时间高达263h;疏水的-CF3基团引入在氨基的邻位,阻止了水分子进攻酰亚胺环,因此膜的水解稳定性得到很大的提高。柔性链的引入以及酐的低电子云密度,更大程度的提高了膜的水解稳定性,SPI（Ⅱ）-70在140℃的水中250h仍能保持原有的机械性能,这是目前报道的水解稳定时间最长的膜材料。因此,该膜有望成为一种新型的性能优良的质子传输膜材料在燃料电池中应用。