Page 179 - 精细化工2019年第9期

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第 9 期 杨佳睿，等: 基于环糊精分子构筑主客体络合型 OH 导电膜 ·1907·

了导电膜的含水率。
未掺杂 β-CD 的导电膜中，利用 QCS 中季铵基
–
团进行 OH 的传导；加入 β-CD 后，通过其独有的
空腔结构与金属钙离子进行络合 [22] ，从而利用钙离
–
子吸附 OH ，增强膜内离子交换的能力。因此，随
着 β-CD 含量的增加，导电膜的离子交换量增加。当
β-CD 含量增加至 20%时，离子交换量为 2.43 mmol/g。
2.4 电导率与离子迁移活化能测定
导电膜的电导率受膜内迁移离子和膜结构等众

多因素影响，在燃料电池中起着重要作用。在不同 a—CD 0-QCS 50%-PV 50% ；b—CD 5%-QCS 47.5%-PVA 47.5% ；c—CD 10%-
QCS 45%-PVA 45%；d—CD 15%-QCS 42.5%-PVA 42.5%；e—CD 20%-QCS 40%-
温度（30、40、50、60、70 ℃）下测试导电膜的电 PVA 40%
导率，结果如图 3 所示。 图 4 不同（CD X -QCS Y -PVA Y ）OH 导电膜的阿伦尼乌斯
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方程
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Fig. 4 Arrhenius plots for CD X -QCS Y -PVA Y OH exchange
conductive membranes

2.5 拉伸强度与断裂伸长率测定
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不同 β-CD 含量（CD X -QCS Y -PVA Y ）OH 导电膜
在泡碱前后的机械性能如图 5、图 6 所示。

a—CD 0-QCS 50%-PVA 50%；b—CD 5%-QCS 47.5%-PVA 47.5%；c—CD 10%-
QCS 45%-PVA 45%；d—CD 15%-QCS 42.5%-PVA 42.5%；e—CD 20%-QCS 40%-
PVA 40%

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图 3 不同（CD X -QCS Y -PVA Y ）OH 导电膜的电导率
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Fig. 3 Anionic conductivity of CD X -QCS Y -PVA Y OH
conductive membranes

未添加 β-CD 的导电膜中，主要通过 QCS 中的
–
–
+
–
季铵 N 基团为 OH 提供活性点位，进行 OH 的传导， 图 5 不同（CD X -QCS Y -PVA Y ）OH 导电膜的拉伸强度
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Fig. 5 Tensile strength of CD X -QCS Y -PVA Y OH conductive
提供电导率。在加入 β-CD 后，利用其独有的空腔 membranes
–
结构络合金属钙离子，同样为 OH 提供阳离子跳跃
–
活性点位，吸附 OH 进行传导，提高导电膜的电导
率。随着温度的升高，导电膜的电导率逐渐增加，
−2
最高可达到 7.1×10 S/cm。原因是，随着温度的升
高，聚合物的链段热运动能力增加，继而导致骨架
松弛，膜的网状结构变得松散，膜中可移动的离子
自由体积增加，扩大了离子迁移传输通道，使得离
子迁移效率增加，在膜中传输更容易，因而提高了
–
OH 迁移速度。
随着 β-CD 含量的增加，电导率与离子交换量
–
呈现上升趋势。通过 Arrhenius 方程 [23] 计算得出膜的 图 6 不同（CD X -QCS Y -PVA Y ）OH 导电膜的断裂伸长率
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离子迁移活化能（E a ），结果如图 4 所示。随着 β-CD Fig. 6 Elongation at break of CD X -QCS Y -PVA Y OH
conductive membranes
含量的增加，离子迁移活化能呈下降趋势，这与膜
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内进行 OH 传导的难易程度一致。原因是，β-CD 含 添加 β-CD 后的膜较未添加 β-CD 膜的拉伸强度
量增加，可络合的金属钙离子数量增多，能够为 OH – 有所提高，断裂伸长率下降，且随着 β-CD 含量的
提供的跳跃活性点位增加，提高了离子迁移效率。 增加，膜的拉伸强度呈上升趋势，断裂伸长率呈下