[00143414]聚合物质子导电材料的分子设计和膜结构设计

所属科学领域：　　本项目属于新材料和电化学科学领域，是以应用为导向的基础研究项目，项目历时十余年。　　主要技术内容和发现点：　　(1)聚合物非水质子导电材料的输送机理和降解机理　　运用活化体积和活化能协同方法研究了氮杂环类聚合物等典型的非水质子导电材料中的质子输送过程，发现此类非水膜中质子的输送主要通过一种氢键桥实现其跃迁；根据此原理，提出了采用全有机复合方法制备酸碱复合聚合物非水质子导电材料的方法，可显著减缓小分子酸、碱组分的慢性流失而引起膜寿命的缩短；研究了氮杂环类非水膜的电化学氧化降解机理，发现咪唑结构的存在能够明显减缓膜的降解。　　(2)聚合物非水质子导电材料的分子设计新方法　　提出了采用非金属离子催化的电极化学方法制备了基于乙烯基四唑类聚合物的非水质子导电材料的简易制备方法；采用膦酸类单体与碱性单体共聚，然后水解得到了酸碱复合共聚物，质子通过膦酸基团和碱性组分的相互作用实现其输送。　　(3)聚合物含水质子交换膜膜结构设计的新方法　　采用聚合物中空微球和二氧化硅中空微球等微纳结构与磺酸树脂复合制备质子交换膜(PEMs)，提出了利用这种中空微纳结构作为PEM的“微蓄水池”，可提高含水PEM的耐高温脱水性能；提出了采用可交联的PBI和聚酰亚胺与全氟磺酸树脂(PFSA)复合构建semi-IPN结构，用此方法制备的复合PEM具有更高的机械强度和尺寸稳定性以及更长的寿命。　　科学价值：　　(1)聚合物非水状态下的质子输送过程非常复杂，采用新方法研究其质子输送过程修正了文献中似是而非、互相矛盾的错误机理解释，有助于指导其分子结构设计。　　(2)采用电极化学方法合成新的聚合物质子导电材料，不仅丰富了高分子化学中一些新的反应实例，而且为合成聚合物质子导电材料开辟了新途径。　　(3)高温脱水、动态机械损伤、化学氧化降解是影响聚合物电解质膜燃料电池中最常用的磺酸型含水PEMs寿命的主要因素，通过在膜中引入微纳结构可明显改善其保水性能，也为理解微纳结构中水的状态提供了一些实例；研究交联和构建semi-IPN结构制备增强型PEMs方法的同时，也丰富了高分子交联反应新体系。　　同行引用评价情况：　　项目组已发表相关SCI收录论文81篇，被SCI引用852次，SCI他引612次，已获授权中国发明专利17项，获得了国内外同行的认可。