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第 1 期 韩 旭，等: 纳米 TiO 2 增强阴离子导电膜中碱性离子液体稳定性 ·133·

膜结构光滑致密，不存在相分离区域；图 4B 为添 一定的聚集，而[DMPy][OH]则由于和 Nano-TiO 2 表
2-
4+
加 Nano-TiO 2 的 PT-25 膜，掺入 Nano-TiO 2 后，可以 面的 Ti 和 O 间的静电力作用被吸附到 Nano-TiO 2 表
观察到复合膜的均一性有所下降，一些较小的颗粒 面，导致 Ti、N 元素的分布相对较分散。这也从侧面
状物质被观察到。这可能是由于掺入的 Nano-TiO 2 证明了[DMPy][OH]和 Nano-TiO 2 间的自组装作用。
与聚合物体系不相容，在成膜的过程中易发生一定 2.6 电导率、离子交换量和离子迁移活化能测试
程度富集导致的，但从总体上看，膜表面依旧致密， 测试了不同温度和 [DMPy][OH] 不同 含量对
未出现明显相分离。 PT-X 复合膜电导率的影响，结果见图 6。由图 6 可

知，[DMPy][OH]含量的增加，能够提高复合膜的电
导率。这是由于分散在膜内的[DMPy][OH]作为活性

位点起到辅助 OH 传导的作用，[DMPy][OH]含量的
增加会相应增加膜内活性位点的数量，降低复合膜
-
中 OH 传导的曲折系数。因此，电导率会提高。对
比不同温度下复合膜的电导率可知，随着温度的升

高，复合膜的电导率随之增大。这是因为温度升高，

图 4 P-25(A)、PT-25(B)复合膜的 SEM 图 聚合物链段松弛，离子传输通道变宽，从而增强了
Fig. 4 SEM micrographs for surfaces of P-25(A) and 膜的导电性。
PT-25(B) membranes

对 PT-25 进行 Mapping 测试，结果如图 5 所示。

图 6 PT-X 复合膜在不同温度下的电导率
Fig. 6 Anionic conductivity of PT-X anion exchange
membranes at various temperature

Nano-TiO 2 的添加对复合膜电导率和 IEC 的影

图 5 PT-25 复合膜的 EDX 图 响见表 2，从图 6 和表 2 看出，Nano-TiO 2 引入后，
Fig. 5 EDX images of PT-25 membrane 复合膜的电导率和 IEC 都有了一定的增强。这是因

其中，图 5A 为膜中 C 元素分布图，图 5B 为 N 为膜内掺 入 Nano-TiO 2 后，均 匀 分散在 膜内 的
元素分布图，图 5C 为 Ti 元素分布图，图 5D 为 O Nano-TiO 2 与[DMPy][OH]在自组装作用下形成了较
元素分布图。由图 5 可知，C、O 元素在膜内的分布 稳定的复合颗粒，抑制了离子液体在高湿环境下的
比较均匀；但 Ti 元素和 N 元素却在膜内表现出轻微 流失，从而使复合膜的电导率和离子交换量都有了
的富集现象。这是由于小粒径的 Nano-TiO 2 易发生 明显提高。

表 2 复合膜的电导率和离子交换量
Table 2 Anion conductivity and IEC of anion exchange membrane
3
[DMPy][OH]在膜中 P-X 电导率/(×10 S/cm) 离子交换量/(mmol/g) 理论值 ①
所占质量分数/% 30 ℃ 80 ℃ 测量值 P-X 测量值 PT-X /(mmol/g)
0 1.05±0.18 1.30±0.19 0 0 0
5 1.11±0.17 1.37±0.18 0.36±0.02 0.40±0.03 0.43
10 1.34±0.20 1.65±0.14 0.67±0.02 0.82±0.02 0.86
15 1.53±0.20 1.87±0.19 1.08±0.01 1.23±0.03 1.29
20 1.66±0.22 2.02±0.16 1.49±0.03 1.69±0.01 1.73
25 1.89±0.15 2.33±0.21 1.65±0.02 2.04±0.02 2.15
+
-
①：IEC 理论值为单位质量 P-X 或 PT-X 复合膜中所含 N 基团理论上能结合 OH 的物质的量。