磺酸修饰的金刚石掺杂磺化聚芳醚砜质子交换膜的制备与性能

摘要

利用KMnO4、浓H2SO4的氧化性及纳米金刚石边缘缺陷引入含氧官能团,得到氧化金刚石(OND)。OND在强碱条件下与1,4-丁磺酸内酯反应,进行烷基磺酸的接枝,制备带有磺酸烷基链的纳米金刚石(SND)。热重分析、红外光谱结果表明了烷基磺酸基团的成功引入,SND的离子交换容量(IEC)达到1.1mmol/g。SND与磺化聚芳醚砜(SPAES)共混后,通过溶液浇铸法制备了表面均匀平整的SPAES-SND复合膜。SPAES-SND复合膜具有较高的吸水率及较低的溶胀率、更高的氧化稳定性及电导率。其中,SPAES-SND-0.5在80℃时最高吸水率达到了75%,拉伸强度为31.3MPa,断裂伸长率为25.1%,在80℃水中的质子电导率达到166mS/cm,显示了良好的综合性能。SPAES-SND-0.5膜在80℃、100%相对湿度(RH)下燃料电池最大功率密度达到了527mW/cm2,相比于原始的SPAES膜(347mW/cm2)提高了51.9%,其优异的质子电导率和电池功率表现出较好的应用前景。