郜雪松
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罗锋
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杨叶华
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龚兴厚
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胡涛
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吴崇刚
材料导报
doi:10.11896/j.issn.1005-023X.2017.01.005
作为含有多金属氧酸Keggin分子构型的固体强酸，杂多酸(HPAs)具有优异的吸水性、质子传导性(cp )、机械、热及化学稳定性。HPA掺杂陶瓷或聚合物质子交换膜(PEMs)可以有效提高复合 PEMs 的亲水性、cp、燃料阻隔性、机械、热及化学稳定性，同时显著降低其cp 及燃料阻隔性的温度与湿度依赖性。当 HPA掺杂陶瓷时，两者之间的氢键作用导致 HPA在基体中的流失率低、分散性强且掺杂量高，此时复合PEMs的cp(10-1 S/cm数量级)较基体 PEMs(10-3~10-2 S/cm)大幅升高；而当 HPA 掺杂磺化聚合物时，两者之间的静电排斥力造成 HPA在基体中的流失率高、分散性差且掺杂量低，此时复合 PEMs 的cp (10-1 S/cm数量级)较基体PEMs(10-2~10-1 S/cm)仅小幅升高。为了有效降低 HPA在聚合物基体中的流失率，可以采用聚合物膜“三明治”状包覆复合PEMs、盐化 HPA、改性基体或通过第三组分负载 HPA以分别在 HPA 与基体或负载之间形成氢键或静电引力等手段；对于 HPA的负载改性，由于陶瓷或聚合物负载在基体中易团簇，相应地 HPA 在基体中的分散性与掺杂量并未提高。有时采用HPA与吸水性较强的磷酸共掺杂陶瓷基体或负载，以协同提高复合 PEMs 的cp ，然而效果并不显著。以上各种结构的 HPA 掺杂PEMs通常由溶液浇铸法、自组装法、溶胶-凝胶法及浸润法等制备；不同方法往往相互关联，即制备过程可能涉及两种或3种方法的耦合使用。改性 HPA或其负载以显著提高 HPA在磺化聚合物基体中的分散性与掺杂量，借此构建全新、高效的质子传输通道形态以实现复合PEMs的超高cp(100 S/cm数量级)，是今后PEMs技术的重点发展方向之一。
关键词:
质子交换膜
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杂多酸
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掺杂
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质子传导性
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流失率
