项目名称: 由金属有机框架和聚合物电解质制备复合质子传导膜及其结构和性能研究

项目编号: No.21501046

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 董喜燕

作者单位: 河南理工大学

项目金额: 20万元

中文摘要: 作为一种新型可移动电源,质子交换膜燃料电池(PEMFCs)是目前能源领域研究和开发的热点。质子导体材料是PEMFCs的关键组分。近些年,许多质子传导性能优良的金属有机骨架(MOFs)被制备、研究。但传统制备方法得到的MOFs很难在燃料电池中直接应用。MOFs基质子传导膜是拓展MOFs质子导体材料在PEMFCs中应用的十分有前景的方法之一,关于这方面的研究这两年才刚刚起步。本项目拟利用杂化的思想,将这些质子传导性能优良的MOFs与聚合物电解质膜通过共混或原位接枝的方法复合,制备兼具MOFs和聚合物膜优点的MOFs-聚合物复合质子传导膜。系统测试分析复合膜的质子传导特性,详细研究MOFs的结构、形貌、粒径及搭载量等对复合膜的界面相容性,质子传递机理及电导率的影响,提出MOFs-聚合物质子传导膜的制备方法,揭示其规律,以期为MOFs基质子交换膜的设计、制备、加工和组装提供实验借鉴和理论参考。

中文关键词: 金属有机框架;质子传导;聚合物电解质;杂化;MOFs-聚合物复合质子传导膜

英文摘要: Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) are a new type of portable power, which is a hot research in energy area currently. Proton-conducting materials are an important component of fuel cells. In the past few years, metal-organic frameworks (MOFs) as proton conductors have been paid attention and a number of proton-conducting MOFs were prepared and investigated. However, MOFs prepared by traditional methods are difficult to utilize directly in fuel cells. Proton-conducting membrane based on MOFs is a promising method to extend their applications in PEMFCs, which are just started over the past two years. In this project, we intend to employ hybrid strategy, integrate proton-conducting MOFs and polymer electrolyte membrane by blending or in situ graft method, and prepare MOFs-polymer composite proton-conducting membrane combining the merits of both MOFs and polymer electrolyte membrane. Proton conduction of these composite membranes will be measured and analyzed systematically. We will exhaustively investigate how the structure, shape, size and loading extent of MOFs affect interface compatibility, proton conductivity and proton-conducting mechanism in these composite membranes, propose the preparation method and disclose its law in MOFs-polymer composite membrane. These results will provide the experimental and theoretical reference for the design, preparation, processing and fabrication of MOFs-based proton-conducting membrane.

英文关键词: Metal-organic frameworks;Proton conduction;Polymer electrolyte;Hybrid;MOFs-polymer composite proton-conducting membrane

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