高电导率稳定交联网络结构质子交换膜的制备及性能研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51373092
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0309.光电磁功能有机高分子材料
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Polymer electrolyte membranes (PEMs) are one of the key materials for fuel cell. Whereas how to solve the contradiction between a high proton conductivity and good stabilities is now the hot spot of development for PEMs and bottlenecks in PEM application. A novel idea is proposed according to the structure factor resulting to the contradiction, where PEMs with certain structure characteristics for high proton conductivity and network structure stabilized by multiple cooperative interactions will be constructed. Series of novel benzil monomers containing multiple active sites will be designed and synthesized. Series of crosslinkable side chain-type or main/side chain-type sulfonated polymer with high oxidative stability will be prepared via direct copolymerization of the monomers. A novel construction method for crosslinked PEMs stabilized by multiple cooperative interactions will be build up, where covalent/ionic/hydrogen bonding crosslinking structure will be formed via series reactions, such as cycle condensation of benzil group in side-chain, nuclei substitution of phenol groups, et al. The forming rule of the crosslinking structure will be discovered by measuring the structure of PEM prepared under different conditions. The correlation between the structure and properties of PEM will be revealed via studying the performances of PEM such as proton conductivity, stability, et al. The effection of cross-linked network structure on improving the performance of PEM will also be found. Cross-linked PEM with both high proton conductivity and high stability will be expected to be prepared,and a method for dissolving the the contradiction will be developed.We believe that,the development of design and preparation of PEM materials will be achieved, and the application of PEM will also be promoted through the project.
质子交换膜(PEM)是燃料电池的关键材料之一。PEM高电导率与其高稳定性之间的矛盾是目前PEM研究关注的热点和PEM应用的瓶颈。依据引起该矛盾的化学结构因素,本课题提出"在保持高电导率结构优势基础上,构建含多重交联网络结构的高稳定性PEM"策略。拟在合成结构新颖并含多活性位点的偶酰单体基础上,通过单体的缩聚反应,制备高抗氧化性可交联侧链或主/侧链复合磺化聚合物。进一步利用侧链偶酰基的缩环或酚羟基的亲核取代反应,制备含共价/离子/氢键等多重作用力协同交联网络结构的PEM;通过表征PEM结构,阐明交联结构随制膜条件变化的形成规律。研究PEM的电导率和稳定性等性质,揭示PEM结构与其性能的关系;阐明交联网络结构对于提升PEM性能的作用机理。期待制备的交联PEM在保持高电导率的同时具有高稳定性,解决PEM高电导率与其高稳定性之间的矛盾问题,实现PEM材料设计和制备技术的进步,促进PEM的应用研究。

结项摘要

质子交换膜(PEM)是燃料电池的关键材料之一。PEM高电导率与其高稳定性之间的矛盾是目前PEM研究关注的热点和 PEM应用研究的瓶颈。依据引起该矛盾的化学结构因素,本项目提出“在保持高电导率结构优势基础上,构建含多重交联网络结构的高稳定性 PEM”策略。在此基础上,设计合成了三种多活性位点的二氟芳香单体(DFDMED,DFTMP和AODFMED),通过缩聚反应制备了系列可交联侧链磺化聚合物。进一步利用侧链偶酰基的缩环反应,制备了含共价/离子/氢键等多重作用力协同交联网络结构PEM。研究结果发现,DFDMED基侧链磺化嵌段型聚醚砜表现出高的电导率(2.05 mequiv/g,80 oC时225 mS/cm);DFTMP基侧链磺化聚醚砜虽然离子交换容量(IEC)较低(1.88 mequiv/g),但是其电导率较高(80 oC时208 mS/cm),归因于其高密度的磺化侧链结构。相应的交联膜表现出较低的吸水率、尺寸变化率、甲醇渗透率和较高的抗氧化稳定性,同时其电导率会有一定程度的下降。TEM研究表明,侧链和嵌段结构有利于亲水的磺化基团聚集构建离子通道,因而PEM电导率高;喹喔啉交联结构可以显著提高PEM的尺寸和化学稳定性,进而有助于实现PEM高电导率与高稳定性之间的平衡。在PEM研究的基础上,我们将相应的策略应用于阴离子交换膜(AEM)研制。设计合成了三种新型侧链结构二氟芳香单体(DFDB,DFDM和DFBDM),并制备了基于这三种单体的系列阴离子交换膜。通过引入了季铵盐和咪唑盐两种离子功能基团,研究了不同离子交换基团以及交联结构对膜性能的影响。研究结果发现,DFDM基侧链季铵盐嵌段型聚醚砜(1.15 mequiv/g)表现出优异的性能,其80 oC时电导率达到86.3 mS/cm,耐碱性较高。本项目研究结果为新型单体及高性能聚合物电解质膜材料的设计和开发提供了理论和技术支持。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(1)
科研奖励数量(3)
会议论文数量(7)
专利数量(5)
Phenolate anion-based branched/cross-linked poly (arylene ether sulfone) hydroxide exchange membranes
酚盐阴离子型支化/交联聚(亚芳基醚砜)氢氧化物交换膜
  • DOI:
    10.1016/j.ijhydene.2016.02.083
  • 发表时间:
    2016-04
  • 期刊:
    International Journal of Hydrogen Energy
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Zhou Jinfang;Chen Pei;Weng Qiang;Fang Jianhua;Chen Xinbing;An Zhongwei
  • 通讯作者:
    An Zhongwei
Synthesis and properties of poly(arylene ether sulfone) anion exchange membranes with pendant benzyl-quaternary ammonium groups
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  • 发表时间:
    2017-07
  • 期刊:
    POLYMER
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Qian Shi;Pei Chen;Xueliang Zhang;Qiang Weng;Xinbing Chen;Zhongwei An
  • 通讯作者:
    Zhongwei An
Poly(arylene ether sulfone) bearing multiple benzyl-type quaternary ammonium pendants: preparation, stability and conductivity
带有多个苄基季铵垂体的聚亚芳基醚砜:制备、稳定性和电导率
  • DOI:
    10.1039/c7ra04214k
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
    Rsc Advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Qian Shi;Pei Chen;Jinfang Zhou;Qiang Weng;Xueliang Zhang;Xinbing Chen;Zhongwei An
  • 通讯作者:
    Zhongwei An
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  • DOI:
    10.1039/c7py00690j
  • 发表时间:
    2017-08-07
  • 期刊:
    POLYMER CHEMISTRY
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Gong, Feixiang;Wang, Ruiqiang;Zhang, Suobo
  • 通讯作者:
    Zhang, Suobo
介孔碳掺杂磺化聚酰亚胺质子膜的制备与性能
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    精细化工
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王文娟;陈沛;安忠维;陈新兵
  • 通讯作者:
    陈新兵

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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