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磺化聚醚醚酮含硅二胺交联结构质子交换膜的制备与性能研究
引言
聚合物质子交换膜广泛应用于燃料电池和电解水制氢等领域。其中，磺化聚苯醚醚酮（SPEEK）因其优异的化学稳定性、高温耐受性和良好的质子导电性能而受到广泛关注。然而，SPEEK膜存在着致密程度低、水吸收率高等问题，这限制了其应用领域的扩展。为了提高SPEEK膜的机械强度和降低水分子渗透性，引入含硅二胺进行交联可能是一种有效的方法。因此，本研究将磺化聚醚醚酮和含硅二胺进行交联，制备出一种新型的质子交换膜，并对其物化性质进行了研究。
实验部分
1.材料准备
硅烷改性的聚醚醚酮（PESi）用于交联反应。SPEEK通过原位聚合法合成得到。硬脂酸用作塑化剂，地蜡用作润滑剂。磷酸作为质子化剂，用于提高膜的导电性能。
2.膜的制备
将SPEEK、硬脂酸和地蜡混合均匀，加入NMP中，并进行搅拌。将PESi和双氧水混合制备成溶液。将溶液逐渐滴加到SPEEK溶液中，形成纺丝液。将纺丝液放置于盐酸水中，经过交联反应后，形成交联膜。最后，在50℃的烘箱中干燥膜。
3.性能测试
使用扫描电子显微镜（SEM）研究膜的形貌；利用红外光谱测试膜的化学结构；使用热重分析法（TGA）研究膜的热稳定性；运用单电池测试温度、相对湿度和气压等条件下质子传输速率和气体渗透性。
结果与分析
1.SEM结果表明，膜表面生成了许多交联结构，使膜具有较高的致密程度和强度。
2.红外光谱测试结果表明，膜中硅烷与聚合物分子发生了交联反应，生成了新的化学键。
3.TGA研究表明，在空气中，膜在约400℃处发生分解；在氮气气氛下，膜的热稳定性得到了提高。
4.单电池实验表明，交联膜在不同温度、湿度、气压条件下的相对湿度下，比SPEEK膜有更好的质子传递速率。
结论
通过磺化聚苯醚醚酮和含硅二胺的交联反应，制备了一种新型的质子交换膜。交联膜表现出更高的致密程度和机械强度，并且具有较好的耐温性和质子传输性能，这使其有potentialtobemorewidelyappliedinfuelcellsystems.