新型的含芳香二腈基磺化聚芳醚腈酮的合成与表征.pdfVIP

Vol. 28 高等学校化学学报 No. 2 2 0 0 7 年2 月 CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES 362 ~ 365 新型的含芳香二腈基磺化聚芳醚 腈酮的合成与表征 陈 勇，王拴紧，肖 敏，孟跃中 （中山大学光电材料与技术国家重点实验室，光电与功能复合材料研究院，广州510275 ） 摘要 通过Diels-Alder 反应合成了一种新型的含芳香二腈基的双酚单体，并利用此单体与活性二卤化物共 聚合成了一系列高分子量的磺化聚芳醚腈酮聚合物. 聚合物的结构通过元素分析和核磁共振谱进行表征. 结果表明，该聚合物具有优良的导质子率、尺寸和化学稳定性及良好的力学性能. 关键词 燃料电池；质子交换膜；聚芳醚腈；离聚物 中图分类号 O631 文献标识码 A 文章编号 0251-0790 （2007 ） 02-0362-04 质子交换膜燃料电池（PEMFC ）作为迅速发展的第五代燃料电池，其工作温度低且污染程度低，具 有很大的应用潜力. 质子交换膜（PEM ）是PEMFC 的关键组件之一，它具有较好的物理化学稳定性、适 ［1 ~ 3］ 当的力学强度及高的质子传导率，表面性质易与催化剂结合，对反应气体的渗透性低 . 近几十年 来，PEMFC 主要是采用全氟磺酸膜，但由于其价格高和甲醇渗透性高且在高温时导电率急剧下降［4 ，5 ］ 而限制了其应用. 因此寻找可替代全氟结构的材料成为研究的热点. 磺化聚芳醚类聚合物在燃料电池中显示了较好的性能［6 ］，其中聚芳醚腈酮是一种非常好的高性能 工程塑料，它具有极好的物理化学稳定性. 在聚合物中引入强极性的腈基，不仅可以加强分子之间的 作用力，而且还可以增强其与电极及其它复合材料的作用力，有利于改善膜电极组装的性能［7 ~ 9 ］ . 因 此本文设计并合成了一种新型的含芳香二腈基团的双酚单体，利用此单体合成出了一系列不同磺化度 的磺化聚芳醚腈酮，并对其进行了性能测试. 1 实验部分 1. 1 试 剂 4 ，4-二氟二苯酮（3 ）（江苏宜兴化学试剂厂）、4 ，4-二氟-3 ，3-二磺酸钠二苯酮（2 ）和还原酚酞（自 制），富马腈（日本TCI ），其它试剂及溶剂均为国产分析纯试剂. 1. 2 1 ，4-二（4-羟基苯基）-2 ，3 -二腈基萘（1 ）的合成 参照文献［10 ~ 12］方法合成（如Scheme 1 ），并重结晶2 次后（m. p. 354 C ）用于聚合反应. Scheme 1 Synthetic routes of monomer 1 收稿日期：2004-06-26. 基金项目：国家自然科学基金（批准号：2003AA302410 ）和广东省科学与技术局关键工程（批准号：2003C105004 ）资助. 联系人简介：王拴紧（1974 年出生），男，博士，副教授，主要从事燃料电池关键材料研究. E-mail：wangshj@ mail. sysu. edu. cn No. 2 陈 勇等：新型的含芳香二腈基磺化聚芳醚腈酮的合成与表征 363 1. 3 磺化聚芳醚腈酮（4a ~ 4f ）的