星型嵌段共聚物基连通离子相筹质子交换膜及其传导性能

材料研究学报, 2015, 29(5): 337-345.

星型嵌段共聚物基连通离子相筹质子交换膜及其传导性能

张杰 ^1, , 陈芳 ^2, , 马晓燕 ^3, , 尚蓓蓉 ^4, , 孙坤 ^5,

1.西北工业大学理学院应用化学系陕西高分子科学与技术重点实验室西安710129

2.西北工业大学理学院应用化学系陕西高分子科学与技术重点实验室西安710129

3.西北工业大学理学院应用化学系陕西高分子科学与技术重点实验室西安710129

4.西北工业大学理学院应用化学系陕西高分子科学与技术重点实验室西安710129

5.西北工业大学理学院应用化学系陕西高分子科学与技术重点实验室西安710129

基金项目: 国家自然科学基金(青年科学基金)51103117,陕西省自然科学基金2013JQ2010和2013JM2012,西北工业大学中央高校基本科研业务费基础研究基金3102014JCQ01089资助.Supported by National Natural Science Foundation of China No.51103117,National Natural Science Foundation of Shaanxi Province Nos.2013JQ2010 & 2013JM2012,NPU Fundamental Research Foundation No.3102014JCQ01089.

关键词：有机高分子材料 , 质子交换膜 , 原子转移自由基聚合方法(ATRP) , 星型嵌段共聚物 , 倍半硅氧烷 , 微相结构

Proton Exchange Membrane Based on the Star Shaped Block Copolymer with Well Connected Ionic Domain and Conductivity

Keywords： organic polymer materials , PEM , ATRP , star shaped block copolymer , POSS , micro-structure

以八官能度倍半硅氧烷(BCP-POSS)为引发剂,用两步原子转移自由基聚合(ATRP)合成了以聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚苯乙烯为臂的星型POSS-(PMMA-b-PS)8嵌段共聚物.用后磺化方法制备具有相同磺化度的磺化杂化高分子POSS-(PM-MA-b-SPS)8,并用以制备了质子交换膜(PEM).分析了在不同水合状态下两种PEM的传导率随着湿度的变化规律,发现在同样低水合状态下具有较长SPS链段的PEM其质子传导率较高;TGA分析结果表明,两种PEM都具有高温保水性能和高的初始热分解温度;用透射电子显微(TEM)和原子力显微镜(AFM)分析了不同嵌段比例PEM的微相结构,发现具有较长SPS链段的PEM有利于质子传导的两相连通的微相形貌;用低场核磁共振分析仪测定了自旋-自旋弛豫时间T2和不同共聚物低水合状态下链段分子运动特性,发现具有较长SPS链段的PEM有较狭长且连通性较好的微相分离形貌,显示出较高的质子自旋扩散系数,在低湿度环境下具有较高的质子传导率.

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