钨酸功能化氧化钛纳米管制造质子交换复合膜

在各种二维材料中,氧化钛纳米管(TiO2纳米管)是稳定和环保的,其电子、光学和介电性能可以通过表面改性来调整。研究人员利用钨酸与氧化钛纳米管(W-TNT)共价键合,首次作为离子交换填料用于制造质子交换复合膜。钨酸基(H2WO4)含有类似磺酸基(SO3H)的可交换质子,也可以作为离子交换器。

二维(2D)纳米结构材料,如纳米管、纳米棒或纤维,由于其非常大的比表面积和各向异性的结构,具有减少燃料交叉的额外优势。此外,磺酸化的二氧化钛-二氧化钛纳米管表面的离子交换基团(TNT)也被用作制备复合膜的填料,并已被证明其性能优于未功能化的填料。

复合膜和SPEEK的FTIR光谱图片

因此,钨酸基团被推荐作为离子交换材料用于质子的传导。在TiO2纳米管的表面接枝钨酸基团,预计将有助于离子传导的Grotthuss和跳跃机制。纳米复合膜由SPEEK基体中不同浓度的填料(2%、4%、6%、8%)组成,并从吸水率、质子传导率和离子交换能力方面评估了进料比例的影响。

磺化程度是合成SPEEK的一个重要参数,它也是根据1 H-NMR的积分值来估计的。通过对不同的芳香族信号进行比较整合来确定磺化程度。较低的磺化程度会导致较小的质子传导率,而较高的磺化程度会导致膜的水膨胀。因此,磺化程度应该是适度的。

SPEEK的H NMR谱图片

参考文献:Elumalai V, Deenadhayalan T, Kathleen Asitha A, et al. Preparation of tungstic acid functionalized titanium oxide nanotubes and its effect on proton exchange membrane fuel cell[J]. SN Applied Sciences, 2019, 1(4): 1-12.

 

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