具有疏水链桥结构的磺化聚酰亚胺质子交换膜材料的设计与构筑

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51903100
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0302.高分子材料物理
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The preparation and study of polymer proton exchange membranes is a key topic in the clean energy field, especially the proton exchange membrane fuel cell field. The polymer molecular structure and crosslinking structure has a significant effect on the macromolecular conformation and stacking as well as the physic properties of the polymer materials. The key point of the project is to realize the formation and controlling of hydrophilic/hydrophobic microphase-separated morphology in the highly sulfonated crosslinked polyimide proton exchange membrane through the regulation of the molecular structure and hydrophobic chain-bridge structure. In this project, the highly sulfonated crosslinked polyimide proton exchange membrane materials containing hydrophobic chain bridge structure will be prepared through a polycondensation from the diamine monomer containing cross-linkable tetrafluorostyrol side-groups, and thermal crosslinking reaction. We hope to investigate the influence of the molecular structure, crosslinking density, the degree of sulfonation and the density of hydrophobic chain bridge structure in per polymer repeat unit on the controlling of hydrophilic/hydrophobic microphase-separated morphology and performance for the highly sulfonated crosslinked polyimide proton exchange membranes. Finally, we hope to prepare the highly sulfonated crosslinked polyimide proton exchange membrane with high proton conductivity, low swelling ratio, and high stability. Moreover, we hope that the study of the project could lay the theoretical and experimental foundation for the design and preparation of high-performance polyimide proton exchange membrane materials.
聚合物质子交换膜的制备与研究一直是质子交换膜燃料电池乃至清洁能源领域的一个重点课题。聚合物材料的分子结构和交联结构对分子链构象及堆积进而对材料的物理性能有重要影响。本项目拟通过分子结构和疏水链桥结构的调控来实现高磺化度交联聚酰亚胺质子交换膜亲水-疏水微相分离形貌的形成与控制。设计合成含有可交联四氟苯乙烯侧基的二胺单体,经过缩聚反应及热交联处理制备具有疏水链桥结构的高磺化度交联聚酰亚胺质子交换膜材料。研究分子结构、交联密度、磺化度和聚合物分子重复单元内的疏水链桥结构密度对磺化聚酰亚胺膜亲水-疏水微相分离形貌控制和性能的影响,制备具有高质子传导率、低溶胀率、高稳定性的高磺化度交联聚酰亚胺质子交换膜材料,为高性能聚酰亚胺质子交换膜材料的设计和制备奠定理论和实验基础。

结项摘要

磺化聚酰亚胺因为具有优异的机械性能、突出的耐热、化学稳定性和低的燃料渗透性能,近年来作为聚合物质子交换膜获得了广泛研究。本项目针对高磺化度大幅降低磺化聚酰亚胺质子交换膜尺寸稳定性、抗燃料渗透性能、机械性能及耐水性的缺点,提出主链结构和网络结构工程相结合的策略制备高性能交联型高磺化度聚酰亚胺质子交换膜。首先设计合成了四种具有不同分子结构和不同数量四氟苯乙烯侧基的二胺单体,并利用这四种单体分别与磺化二胺单体及萘四甲酸二酐通过共聚合成了可交联的高磺化度聚酰亚胺。利用流延铸膜、交联及酸化处理制备了多个系列高磺化度交联型聚酰亚胺质子交换膜。通过改变构筑单体分子结构和尺寸实现了交联型磺化聚合物电解质亲水-疏水微相分离形貌的调控,高效离子传输通道的构建和质子传导率显著提高,同时依靠疏水交联结构的引入及交联密度、磺化度、聚合物分子重复单元内的疏水链桥结构密度的控制实现了尺寸稳定性、抗氧化稳定性、阻醇性能等性能的同步优化。制备的交联型高磺化度聚酰亚胺膜作为膜电极组装的直接甲醇燃料电池呈现了优异的性能和高功率密度,表明其作为直接甲醇燃料电池质子交换膜材料的潜在应用前景。我们在高性能交联型磺化聚酰亚胺质子交换膜的设计制备、性能表征等方面积累了丰富经验,初步完善了性能改进的策略和建立了磺化质子交换膜的结构与性能之间的关系。在项目执行期内发表有该基金编号的SCI 论文17篇,申请发明专利2项。培养硕士研究生3名,博士研究生3名。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Conjugated diketone-linked polyimide cathode material for organic lithium-ion batteries
有机锂离子电池共轭二酮连接聚酰亚胺正极材料
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2022.136598
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Jun Wang;Haichao Liu;Chunya Du;Xiaoyin Zhang;Yu Liu;Hongyan Yao;Zhenhua Sun;Shaowei Guan
  • 通讯作者:
    Shaowei Guan
Microporous polyimides with high surface area and CO2 selectivity fabricated from cross-linkable linear polyimides
由可交联线性聚酰亚胺制成的具有高表面积和 CO2 选择性的微孔聚酰亚胺
  • DOI:
    10.1016/j.jcis.2020.03.113
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Colloid and Interface Science
  • 影响因子:
    9.9
  • 作者:
    Ningning Song;Tengning Ma;Tianjiao Wang;Zhenghua Li;Hongyan Yao;Shaowei Guan
  • 通讯作者:
    Shaowei Guan
π-Conjugated Hexaazatrinaphthylene-Based Azo Polymer Cathode Material Synthesized by a Reductive Homocoupling Reaction for Organic Lithium-Ion Batteries
还原均偶联反应合成的α-共轭六氮杂萘基偶氮聚合物正极材料用于有机锂离子电池
  • DOI:
    10.1021/acsami.2c09618
  • 发表时间:
    2022-08-08
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Sun, Zhonghui;Liu, Huiling;Guan, Shaowei
  • 通讯作者:
    Guan, Shaowei
Construction of Microporous Polyimides with Tunable Pore Size and High CO2 Selectivity Based on Cross-Linkable Linear Polyimides
基于可交联线性聚酰亚胺构建孔径可调和高CO2选择性的微孔聚酰亚胺
  • DOI:
    10.1021/acs.iecr.9b06141
  • 发表时间:
    2020-02-19
  • 期刊:
    INDUSTRIAL & ENGINEERING CHEMISTRY RESEARCH
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Wang, Tianjiao;Yao, Hongyan;Guan, Shaowei
  • 通讯作者:
    Guan, Shaowei
Controlling the microphase morphology and performance of cross-linked highly sulfonated polyimide membranes by varying the molecular structure and volume of the hydrophobic cross-linkable diamine monomers
通过改变疏水性可交联二胺单体的分子结构和体积来控制交联高度磺化聚酰亚胺膜的微相形态和性能
  • DOI:
    10.1016/j.memsci.2022.121177
  • 发表时间:
    2022-11
  • 期刊:
    Journal of Membrane Science
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Tiantian Xie;Yang Pang;Hang Fan;Shiyang Zhu;Chengji Zhao;Shaowei Guan;Hongyan Yao
  • 通讯作者:
    Hongyan Yao

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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