膦酸基硅氧烷改性SPEEK质子交换膜的制备及性能

摘要

由羟基乙叉二膦酸(HEDP)和(3-异氰酸丙基)三乙氧基硅烷(IPTS)合成的膦酸基硅氧烷被掺杂进磺化聚醚醚酮(SPEEK)基体中,并采用溶胶–凝胶法制备出了一系列质子交换膜材料.膜的结构特点通过傅立叶变换红外光谱和扫描电子显微镜进行研究.结果表明,HEDP以C—O—C键的形式成功地固定于IPTS水解缩聚形成的Si—O—Si交联网络中且膦酸基硅氧烷(HEDP–IPTS)在SPEEK基体中均匀分布.所制备的膜还展现出优异的抗氧化性、力学性能和尺寸稳定性,甚至热稳定性可达225℃.此外,得益于磺酸基团和膦酸基团这两种质子传导单元的存在,膦酸基硅氧烷中P:Si为3:4的WPEM–3膜在80℃、相对湿度100％和140℃、相对湿度10％条件下的质子电导率分别达到11.42×10–2 S/cm和5.59×10–2 S/cm.该新型膜材料有望在宽温域运行环境中展现出巨大的潜力.