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阴离子交换膜(Anion Exchange Membrane,AEM)作为碱性聚合物燃料电池中核心的部件,起着阻隔燃料和传导离子的功能,其性能直接决定了燃料电池的性能。由于阴离子交换膜固有的离子传导率低以及在碱性条件中离子基元容易降解,使其规模化应用受到很大的限制。近年来,科学家通过优化薄膜的聚集态结构和构筑纳孔结构等方法获得了具有较高电导率的AEM,但是如何大幅度提高AEM的稳定性是这一领域亟待解决的问题。基于上述问题,我们拟首先通过引入大位阻取代基限制OH-对功能阳离子(季铵、咪唑鎓盐)的亲核进攻,提高功能阳离子的稳定性,讨论位阻效应对功能阳离子稳定性的影响规律;其次,将筛选出耐碱性优异的功能阳离子通过合理的方法链接到聚苯醚主链上,进一步研究功能阳离子在小分子和薄膜两种状态下的稳定性差异,考察阴离子交换膜的稳定性,同时对薄膜的其它性能(吸水率、尺寸稳定性、离子电导率、电池性能等)进行考察。具体介绍如下:(1)将大位阻的金刚烷基团接在苄基型的季铵盐上,通过1HNMR系统研究该阳离子(DMBAdA)的碱稳定性。在2MNaOH中,80℃下碱解7天,核磁上并没有显示任何降解产物的出现,具有优异的化学稳定性。随后,我们通过Menshutkin反应将DMBAdA链接到聚苯醚(PPO)侧链上,方便地制备了含金刚烷基元的AEM(PPO-AdA-x)。薄膜的碱解稳定性显示该薄膜在60 ℃条件下,1MNaOH中碱解7天其电导率仅降低11.7%。同时在室温下,PPO-AdA-41的氯离子的电导率达到15.7mS/cm。相较于传统的三甲胺盐型AEM,PPO-AdA-x无论是电导率还是稳定性都得到了较大的提升。(2)同时,我们还考察了大位阻取代基对咪唑鎓盐碱解稳定性的影响。我们设计了 6种在咪唑环C2与N3位上具有不同的取代基的咪唑鎓盐(EMIm,BEIm,AdEIm,EDMIm,BMEIm,AdMEIm)。通过原位1H NMR 测试结果说明,80 ℃,2M NaOH中碱解168 h后,N3位连有金刚烷基元(AdEIm与AdMEIm)咪唑阳离子具有更好的碱稳定性。接着,我们将两种N3位金刚烷基元取代的咪唑阳离子通过“点击化学”的方法接到PPO的侧链上得到侧链型AEM膜(PPO-AdIm,PPO-AdMeIm)。对薄膜的性能测试表明,所制备的两种AEM膜可能是由于存在大体积的金刚烷基团使得薄膜的自由体积增加,削弱了高分子链之间的相互作用力,薄膜显示出较高的溶胀;同时该AEM膜的碱稳定性并没有相应的小分子咪唑鎓盐突出,在1MNaOH中,60 ℃条件下碱解7天后,碱解稳定性最好的PPO-AdMeIm的电导率仅保持了原先的60%。