改性聚偏氟乙烯接枝苯乙烯/丙烯酸磺酸電解質(zhì)膜及其在CO傳感器中的應(yīng)用

郭貴寶,王亞雄,寇沙沙,胡利杰,安勝利1,

(1北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院,北京100083; 2內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工工程學(xué)院,內(nèi)蒙古包頭014010; 3內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料與冶金工程學(xué)院,內(nèi)蒙古包頭014010)

改性聚偏氟乙烯接枝苯乙烯/丙烯酸磺酸電解質(zhì)膜及其在CO傳感器中的應(yīng)用

郭貴寶1,2,王亞雄2,寇沙沙3,胡利杰2,安勝利1,3

(1北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院,北京100083; 2內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工工程學(xué)院,內(nèi)蒙古包頭014010; 3內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料與冶金工程學(xué)院,內(nèi)蒙古包頭014010)

以過氧化苯甲酰(BPO)作引發(fā)劑,通過溶液接枝聚合法把苯乙烯/丙烯酸同時(shí)接枝到原硅酸鈉改性的聚偏氟乙烯(PVDF)膜上,磺化后得到聚偏氟乙烯接枝苯乙烯/丙烯酸磺酸(PVDF2g2PS/PASA)膜。FTIR分析表明:苯乙烯和丙烯酸接枝到PVDF膜上;環(huán)境的相對(duì)濕度在20%～80%范圍內(nèi),對(duì)PVDF2g2PS/PASA膜電導(dǎo)率的影響基本不變,并達(dá)到0.0198S·cm21,40℃保水率達(dá)99%。將膜應(yīng)用于CO傳感器中,傳感器電流響應(yīng)信號(hào)與CO氣體濃度具有較好的線性關(guān)系。

電解質(zhì);一氧化碳;電化學(xué)傳感器

在許多職業(yè)環(huán)境中,CO是導(dǎo)致人員中毒死亡的重要因素,對(duì)其測(cè)定具有重要意義。檢測(cè)CO氣體有多種方法,其中恒電位電解法氣體傳感器以其測(cè)量精度高、范圍寬、價(jià)格低廉和易于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)而受到人們的重視?？墒沁@類傳感器基本采用液態(tài)電解質(zhì),而電解液的蒸發(fā)或污染會(huì)導(dǎo)致傳感器信號(hào)衰降,使傳感器壽命縮短,而且催化劑長(zhǎng)期與電解液直接接觸,反應(yīng)的有效區(qū)域(氣,固,液三相界面)容易發(fā)生移動(dòng),使催化活性降低。人們將注意力轉(zhuǎn)向固體電解質(zhì)的研究[1,2],如廣泛應(yīng)用于電化學(xué)氣體傳感器中的全氟磺酸(H+2Nafion)電解質(zhì)膜[3]。但是,Nafion膜電解質(zhì)保水性差[4],傳感器在實(shí)際工作中受到環(huán)境濕度的制約,使其性能不穩(wěn)定。為此,國(guó)內(nèi)外學(xué)者合成了聚偏氟乙烯接枝苯乙烯磺化(PVDF2g2PSSA)質(zhì)子交換膜[5-9]。但文獻(xiàn)上報(bào)道的PVDF2g2PSSA膜均是用輻射接枝[9]或強(qiáng)堿溶液接枝[5-8]的方法合成,缺點(diǎn)是膜的保水性差,輻射接枝要有輻射源,對(duì)設(shè)備條件要求高。

聚丙烯酸由于含有羧基具有超強(qiáng)的吸水性和保水性[10],本工作將苯乙烯和丙烯酸同時(shí)接枝到原硅酸鈉改性的聚偏氟乙烯膜中,研制出一種保水性好的聚偏氟乙烯接枝聚苯乙烯/聚丙烯酸磺酸膜,并將該膜應(yīng)用于電流型CO傳感器中進(jìn)行了性能測(cè)試。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

聚偏氟乙烯(PVDF):上海三愛富新材料股份有限公司生產(chǎn),白色固體細(xì)粉狀;苯乙烯:分析純,北京福星化工廠生產(chǎn);N 2甲基吡咯烷酮:分析純,北京藍(lán)利精細(xì)化學(xué)品有限公司生產(chǎn);過氧化苯甲酰(BPO):化學(xué)純,錫山市科技實(shí)驗(yàn)二廠生產(chǎn);原硅酸鈉(Na4SiO4):分析純,青島化學(xué)試劑廠,白色固體顆粒;丙烯酸(C3H4O2):化學(xué)純,天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠;四氫呋喃(C4H8O):分析純,天津市大茂化學(xué)試劑廠;雙氧水:分析純,天津市華東試劑廠;濃硫酸:濃度98%,天津永大試劑化學(xué)有限公司;Nafion乳液:5%,美國(guó)杜邦公司;乙二醇:分析純,天津市文達(dá)稀貴試劑化工廠。

1.2 電池的基本結(jié)構(gòu)及固態(tài)電解質(zhì)PVDF2g2PS/PA2 SA、催化膜電極的制備

該實(shí)驗(yàn)的參比氣體為空氣、研究氣體為CO,所采用的電池基本結(jié)構(gòu)為空氣,Pt/C/PVDF2g2PS/PASA /Pt/C,CO(在N2中)。

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的粉末狀原硅酸鈉溶于含少量水的N2甲基吡咯烷酮,攪拌,呈均一狀溶膠;再將粉末狀的PVDF倒入溶液中攪拌2h,然后將溶液澆鑄到潔凈的玻璃板上,在一定溫度下?lián)]發(fā)數(shù)小時(shí)后,干燥,脫膜得改性PVDF膜;所得改性PVDF膜用20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)的H2O2和1mol/L的H2SO4各煮沸30m in,用去離子水清洗干凈,迅速將其放到溶有引發(fā)劑BPO的苯乙烯和丙烯酸與四氫呋喃體積比為5/1的溶液中進(jìn)行接枝反應(yīng),BPO的濃度為0.41g/ 100m L,氮?dú)鈼l件下80℃左右反應(yīng)11h,得接枝產(chǎn)物聚偏氟乙烯與聚苯乙烯/丙烯酸接枝共聚物(PVDF2g2 PS/PA);PVDF2g2PS/PA用1,22二氯乙烷在80℃下溶脹2h,然后用98%的濃硫酸在70℃左右磺化4h,得接枝磺化膜PVDF2g2PS/PASA膜。丙烯酸與苯乙烯混合反應(yīng)液的體積比為45%。

稱取一定量的60%Pt/C(Vulcan XC272)催化劑,滴加Nafion乳液,加入乙二醇適量,電動(dòng)攪拌4h。攪拌均勻后,將其均勻地涂抹在碳紙上,然后將其放入烘箱中,在120℃下烘干,反復(fù)多次,制得氣體擴(kuò)散電極,用5%Nafion乳液做黏結(jié)劑,在工作電極與對(duì)電極和參比電極中間夾上PVDF2g2PS/PASA電解質(zhì),在室溫4×103Pa壓力下冷壓5min得到電極和PVDF2g2 PS/PASA電解質(zhì)的集合體。將該集合體放在有機(jī)玻璃夾板之間,利用鈦網(wǎng)收集電流,部分鈦網(wǎng)凸探出以便接線,用螺栓將電解質(zhì)與電極和夾板固定在一起,組裝成如圖1所示的傳感器。

圖1 傳感器結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of sensor

1.3 表征與性能測(cè)試

紅外光譜用傅里葉變換紅外和拉曼光譜儀Spec2 trum GX記錄,用細(xì)條磁鐵把膜固定在中間留有對(duì)稱方孔的不銹鋼板上,用透射法測(cè)量膜的紅外光譜圖。

膜的接枝率計(jì)算公式如下:式中:m0和m1分別為干燥狀態(tài)下改性PVDF膜和接枝后干燥PVDF2g2PS/PASA膜的質(zhì)量。

膜的質(zhì)子電導(dǎo)率通過兩電極交流阻抗法測(cè)定[6],應(yīng)用的儀器為Solarton SI1287和1260電化學(xué)綜合測(cè)試儀。測(cè)試條件如下:交流振幅10mV,初始頻率1× 106Hz,終止頻率0.1Hz。試樣膜的電導(dǎo)率可通過公式計(jì)算,其中σ為電導(dǎo)率,R為膜電阻,L為膜的厚度,S為電極和膜接觸的面積。

不同相對(duì)濕度下吸水量采用干濕重法測(cè)定。將膜試樣放置在一定濕度的恒溫恒濕箱中24h,測(cè)定膜的濕重W1;再把膜置于80℃的真空烘箱烘干,快速稱得膜的干重W0。膜的吸水量表示為

不同溫度下測(cè)定膜的保水率。在常溫、相對(duì)濕度為30%的條件下,將PVDF2g2PS/PASA膜放置10h后,快速稱得膜的質(zhì)量為m2,放入恒溫烘箱中,測(cè)定不同時(shí)間下復(fù)合膜的質(zhì)量為m1,膜的保水率表示為

將傳感器的工作電極、對(duì)電極和參比電極分別與SI 1287綜合測(cè)試儀的工作電極、對(duì)電極和參比電極相連接?？諝庵械难鯕庾匀粚?duì)流進(jìn)入對(duì)電極;用RCS20002 A型自動(dòng)配氣儀配制氮?dú)庀♂屢欢舛鹊腃O作為標(biāo)準(zhǔn)氣體,以一定流速流入工作電極。所有測(cè)試均在室溫下進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 PVDF2g2PS/PASA膜的合成與表征分析

2.1.1 PVDF2g2PS/PASA膜的合成

用溶液接枝法制備聚偏氟乙烯(PVDF)接枝苯乙烯磺化膜時(shí),以輻射[9]或強(qiáng)堿溶液[6]使PVDF(-(CH2-CF2)n-)膜脫去HF產(chǎn)生含有雙鍵的活性基團(tuán),再接枝苯乙烯,濃硫酸磺化。輻射或強(qiáng)堿溶液使PVDF膜只脫去表面HF產(chǎn)生活性基團(tuán),接枝反應(yīng)只在表面進(jìn)行,影響膜的性能。

在溶有原硅酸鈉的N2甲基吡咯烷酮堿性溶液中添加PVDF,PVDF在原硅酸鈉作用下脫去HF生成帶有活性基團(tuán)-(CH=CF)n-[11]或-[CH=CH-C (OH)-CH-CH=CH-C(O)-CH]n-[12]改性PVDF,溶液變?yōu)樽霞t色,同時(shí)部分Na4SiO4與HF反應(yīng)生成氣體SiF4。然后將變色溶液澆鑄到玻璃板上,在一定溫度下干燥,制得膜內(nèi)和膜表面均含有活性基團(tuán)的改性PVDF膜。帶有活性基團(tuán)的改性PVDF膜進(jìn)行苯乙烯和丙烯酸的接枝聚合反應(yīng),得聚偏氟乙烯與聚苯乙烯/丙烯酸接枝共聚物,接枝到膜上的聚丙烯酸,使膜具有強(qiáng)的保水能力。接枝后的膜再經(jīng)過濃硫酸磺化,將帶負(fù)電的磺酸基團(tuán)引入到聚合物材料基質(zhì)上,提高膜的電導(dǎo)率,同時(shí)添加的Na4SiO4在膜中部分經(jīng)水解、失水后形成SiO2[13],提高膜的保水性。

2.1.2 紅外光譜分析

圖2是PVDF膜、PVDF2g2PS/PA膜和PVDF2g2 PS/PASA膜的紅外光譜圖。

圖2 PVDF(a),PVDF2g2PS/PA(b)和PVDF2g2PS/PASA(c)的紅外光譜圖Fig.2 The IR spectra of PVDF(a),PVDF2g2PS/PA(b) and PVDF2g2PS/PASA(c)

比較圖2中(b)曲線與(a)曲線,發(fā)現(xiàn)(b)曲線比(a)曲線明顯多了2929,2852,1710,1602,1492,1452, 752,700cm-1吸收峰,1602,1492,1452cm-1是苯環(huán)的骨架振動(dòng)吸收峰,700cm-1是取代苯環(huán)上氫的吸收峰, 2929cm-1和2852cm-1是亞甲基(-CH2-)的碳?xì)渖炜s振動(dòng),1710cm-1是羧酸中的C=O伸縮振動(dòng)。這說明苯乙烯和丙烯酸已接枝到聚偏氟乙烯(PVDF)骨架上,其模擬結(jié)構(gòu)如圖3(a)所示:有不同聚合度的聚苯乙烯和聚丙烯酸接枝到聚偏氟乙烯骨架上,苯乙烯和丙烯酸單體聚合形成聚苯乙烯后,在聚苯乙烯和聚丙烯酸長(zhǎng)鏈上形成一系列相間-CH2-,故在圖2(b)曲線出現(xiàn)2929cm-1和2852cm-1兩個(gè)新的-CH2-紅外吸收峰。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)1034cm-1吸收峰,是Si-O鍵的振動(dòng)吸收峰,說明添加到PVDF中的Na4SiO4部分經(jīng)水解、失水后以SiO2方式存在于膜中。圖2(c)曲線與圖2(b)相比,1007,1034,1650,3436cm-1處出現(xiàn)新峰,1034cm-1對(duì)位取代苯環(huán)的C-H彎曲振動(dòng)吸收峰;1007cm-1是SO3-基團(tuán)的S-O對(duì)稱伸縮振動(dòng); 1650cm-1也是磺酸基振動(dòng)引起的吸收峰[7],這說明-SO3H已在聚苯乙烯的苯環(huán)上存在;3444cm-1的吸收峰是膜在空氣中吸水,H2O的O-H振動(dòng)引起的吸收峰,說明磺化后的PVDF2g2PS/PASA膜含有水,其模擬結(jié)構(gòu)如圖3(b)所示。同時(shí)也進(jìn)一步證明PVDF2 g2PS/PASA膜具有吸水性。

圖3 膜的模擬結(jié)構(gòu)圖(a)PVDF2g2PS/PA;(b)PVDF2g2PS/PASAFig.3 Molecular structure of the polymers (a)PVDF2g2PS/PA;(b)PVDF2g2PS/PASA

2.2 相對(duì)濕度對(duì)膜性能的影響

圖4是PVDF2g2PS/PASA膜在室溫25℃時(shí)的交流阻抗譜圖。

圖4(a)對(duì)應(yīng)從高頻部分至低頻部分完整的阻抗譜圖,圖4(b)是對(duì)應(yīng)高頻部分的阻抗譜圖;圖中Z′是指阻抗的實(shí)部部分,Z″是指阻抗的虛部部分。膜的本體電阻R由交流阻抗譜圖上的實(shí)軸數(shù)值讀出,根據(jù)式(1)計(jì)算出膜的電導(dǎo)率為0.0198S/cm,按照此方法,計(jì)算不同相對(duì)濕度下PVDF2g2PS/PASA膜的電導(dǎo)率。

圖4 PVDF2g2PS/PASA膜的交流阻抗譜圖(a)高頻至低頻的完整阻抗譜圖;(b)高頻部分阻抗譜圖Fig.4 The impedance plots of the PVDF2g2PS/PASA membrane (a)the w hole impedance p lots f rom high frequency to lowfrequency;(b)the impedance p lots of high frequency

在室溫25℃,不同相對(duì)濕度下PVDF2g2PS/PA 2 SA膜(以下簡(jiǎn)稱a膜)與Nafion膜(以下簡(jiǎn)稱b膜)的電導(dǎo)率和含水量影響變化曲線見圖5。

圖5 相對(duì)濕度對(duì)膜的含水量和電導(dǎo)率的影響Fig.5 The effectsof relative humidity(RH)on the retained water and conductivity of membrane

根據(jù)質(zhì)子運(yùn)載機(jī)理[14],質(zhì)子以水合離子(如H3O+)形式傳輸,其電導(dǎo)率與膜中H2O含量有關(guān)[4],其含水量多,電導(dǎo)率大。環(huán)境相對(duì)濕度變化時(shí),將影響膜中H2O的含量,由此影響到質(zhì)子遷移的難易程度,電導(dǎo)率也就隨之變化。從圖5可以看出:相對(duì)濕度對(duì)a膜含水量和電導(dǎo)率的影響不大,對(duì)b膜含水量和電導(dǎo)率的影響明顯大于a膜。相對(duì)濕度為0時(shí),a膜含水量為19%、電導(dǎo)率為0.016S·cm-1,而b膜的含水量為0.4%、電導(dǎo)率僅為10-6S·cm-1,膜的保水性a膜大于b膜。由于膜中Na4SiO4經(jīng)水解、失水后的SiO2和接枝到膜上的聚丙烯酸都具有強(qiáng)的吸水能力,環(huán)境相對(duì)濕度為0時(shí),膜中還有19%的水。而b膜沒有強(qiáng)的吸水物質(zhì),相對(duì)濕度為0時(shí),b膜含水量低。當(dāng)相對(duì)濕度為20%～80%時(shí),a膜的含水量和電導(dǎo)率不變,這是由于在膜中Na4SiO4和丙烯酸的量一定,盡管環(huán)境氣氛中的水很多,SiO2和聚丙烯酸鈉所能結(jié)合的水是一定的,說明a膜吸水量具有飽和性。b膜的吸水量和電導(dǎo)率依賴于環(huán)境的相對(duì)濕度,吸水量和電導(dǎo)率隨相對(duì)濕度的增大而增大。

2.3 保水率

在常溫、相對(duì)濕度為30%的條件下,將PVDF2g2 PS/PASA膜放置10h后,考察不同溫度下該膜保水率與時(shí)間的關(guān)系,結(jié)果見圖6。

圖6 不同溫度下PVDF2g2PS/PASA膜保水率與時(shí)間的關(guān)系Fig.6 The relation of time and membranemoisture retention at different temperatures

從圖6可知,經(jīng)相同時(shí)間干燥,40,60,80℃下該膜的保水率呈遞減趨勢(shì),在40℃干燥15h保水率達(dá)99%,即使在80℃干燥,保水率仍達(dá)84%。出現(xiàn)這樣的結(jié)果是由于膜中的SiO2和聚丙烯酸鈉具有強(qiáng)的保水能力而引起的。由此可見,PVDF2g2PS/PASA膜的保水性好。

2.4 CO傳感器性能

2.4.1 濃度的影響

CO電化學(xué)傳感器是采用定電位電解傳感器,在電極之間加一定的電壓,當(dāng)被測(cè)氣體擴(kuò)散到傳感器內(nèi)部后,在工作電極和對(duì)電極之間發(fā)生如下電解反應(yīng):

陽(yáng)極反應(yīng):CO+H2O=CO2+2H++2e

陰極反應(yīng):1/2O2+2H++2e=H2O

總的反應(yīng):CO+1/2O2=H2O產(chǎn)生的電解電流與氣體濃度的關(guān)系如式(4)所示:

式中:I為電解電流;n為lmol氣體產(chǎn)生的電子數(shù);F為法拉第常數(shù);A為氣體擴(kuò)散面積;D為擴(kuò)散系數(shù);C為電解質(zhì)溶液中電解的氣體濃度;d為擴(kuò)散層的厚度。在同一傳感器中,n,F,A,D及d是一定的,電解電流與氣體濃度成線性關(guān)系。

該實(shí)驗(yàn)將工作電極電位控制在0.1V,將純氮?dú)夂痛郎y(cè)氣體CO配制成具有不同濃度的氫氣混合氣體,混合氣體的體積流量為360mL/min,傳感器的電流響應(yīng)信號(hào)與測(cè)量時(shí)間關(guān)系如圖7(a)所示,其響應(yīng)信號(hào)與氣體濃度的線性關(guān)系如圖7(b)所示。可見,該傳感器的電流響應(yīng)信號(hào)與CO濃度有較好的線性關(guān)系。

圖7 不同CO濃度下的I2t曲線(a)和傳感器響應(yīng)信號(hào)的關(guān)系曲線(b)Fig.7 The I2t curve(a)and current response of CO sensor(b)under different CO concentration

2.4.2 相對(duì)濕度的影響

將傳感器放在恒溫恒濕箱中。無(wú)水CaSO4, M gCl2·6H2O,Ca(NO3)2·4H2O,NaCl,K2SO4和蒸餾水在室溫下,可使箱內(nèi)的濕度維持在0%,32%, 56%,75%,96%,100%之間。改變環(huán)境濕度,檢測(cè)傳感器對(duì)CO響應(yīng)值的變化。在室溫下,通入CO的濃度為445×10-6mol/L。傳感器響應(yīng)信號(hào)與環(huán)境相對(duì)濕度的變化如圖8所示。結(jié)果說明這種傳感器對(duì)環(huán)境濕度的變化不敏感。

圖8 CO傳感器響應(yīng)信號(hào)與相對(duì)濕度的關(guān)系Fig.8 Current response vs RH for CO senso r

3 結(jié)論

(1)制備了均一的PVDF2g2PS/PASA膜,環(huán)境的相對(duì)濕度在20%～80%范圍內(nèi)變化時(shí),PVDF2g2PS/ PASA膜的電導(dǎo)率基本不變,并達(dá)到0.0198S·cm-1, 40℃常溫保水率達(dá)99%。

(2)制備的PVDF2g2PS/PASA膜可應(yīng)用于CO電化學(xué)傳感器中,當(dāng)工作電極電位控制在0.1V時(shí),傳感器的電流響應(yīng)信號(hào)與CO氣體濃度具有較好的線性關(guān)系。

[1] 賈超,李雅莉,馬麗景.基于固態(tài)高聚物電解質(zhì)一氧化碳傳感器研究[J].北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005,32(4):80-84.

[2] YAMAZOEN.Preparation of BiMeVOx(Me=Cu,Ti,Zr,Nb, Ta)compounds as solid electrolyte and behavio r of their oxygen concentration cells[J].Sensors and Actuators B,2005,109(2): 307-314.

[3] FRANTISEK OPEKAR,KAREL STUL IK.Electrochemical sen2 sors with solid polymer electrolytes[J].Analytica Chimica Acta, 1999,385:151-162.

[4] ANANTARAMAN A V,GARDNER C L.Studies on ion2exchange membranes.Part 1.Effect of humidity on the conductivity of Nafion [J].Journal of Electroanalytical Chemistry,1996,414(2):115 -120.

[5] NASEFM M,ZUBIR Z A,ISMA ILA F,et al.PSSA pore2filled PVDF membranes by simultaneous electron beam irradiation: p reparation and transport characteristics of p rotons and methanol [J].J Memb Sci,2006,268:96-108.

[6] QIU Xin2ping,L IWen2qiong,ZHANG Shi2cao.Themicrostruc2 ture and character of the PVDF2g2PSSA membrane prepared by solution grafting[J].Journal of the Electrochemical Society, 2003,150(7):917-921.

[7] ZHANGShi2cao,SHEN Juan,QIU Xin2ping,et al.ESR and vi2 brational spectroscopy study on poly(vinylidene fluoride)mem2 branes w ith alkaline treatment[J].J Pow er Sources,2006,153: 234-238.

[8] HSUEH C L,PENG Y J,WANGC C,et al.Bipolar membrane p repared by grafting and p lasma polymerization[J].JM emb Sci, 2003,219:1-13.

[9] JOKELA K.Temperature2dependent X2ray scattering studies on radiation grafted and sulfonated poly(vinylidene floride)[J].Ma2 ter Sci Fo rum,2000,321:90-97.

[10] 劉平生,李利,周寧琳,等.蒙脫土/聚丙烯酸高吸水性樹脂的合成[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào),2006,23(3):44-48.

[11] BREW IS D M,MA TH IESON I,CA YLESS R A,et al.Pre2 treatment of poly(vinylidene fluoride)with potassium hydroxide [J].Int J Adhes,1996,16:87-95.

[12] ROSS GJ,WA TTSJ F,H ILL M P,et al.Surfacemodification of poly(vinyllidene fluoride)by alkaline treatment[J].Poly2 mer,2000,41:1685-1696.

[13] 索進(jìn)平,崔昆,肖建中,等.新型以無(wú)機(jī)物為主的免增濕復(fù)合質(zhì)子交換膜[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào),2004,21(1):23-27.

[14] KREUER KD,PADDISON SJ,SPOHR E,et al.Transport in p roton conductors for fuel cell applications:simulations,elemen2 tary reactions,and phenomenology[J].Chem Rev,2004,104: 4637-4678.

CO Electrochemical Senso rs w ith PVDF2g2PS/PASA Electrolyte Membrane

GUO Gui2bao1,2,WANG Ya2xiong2,KOU Sha2sha3,HU Li2jie2,AN Sheng2li1,3
(1 School of M etallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China;2 School of Chemistry and Chemical Engineering,Inner Mongolia University of Science&Technology,Baotou 014010, Inner Mongolia,China;3 School of Materials and M etallurgy,Inner Mongolia University of Science&Technology,Baotou 014010,Inner Mongolia,China)

A new method based on a solution graft technique w as used to p repare po ly(vinylidene flu2 oride)grafted styrene/acrylic acid sulfonated acid(PVDF2g2PS/PASA)electrolyte membrane.FTIR analysis results indicate that styrene and acrylic acid are grafted on the PVDF;the conductivity of PVDF2g2PS/PASA mem brane is 0.0198S/cm at room temperature.The conductivity of themem brane changes slightly at a humidity range of 20%280%.The weightlessness of PVDF2g2PS/PASA mem2 brane heated to 40℃is less than 1%,w hich indicates that keeping water ability is good.The linearity of the response curve is better for CO electro2chemical sensor p repared w ith the PVDF2g2PS/PASA e2 lectrolyte membrane.

electrolyte;carbon monoxide;electro2chemical sensor

TB43

A

100124381(2010)0520015205

內(nèi)蒙古自治區(qū)攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(20081505);內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金項(xiàng)目(20080404MS0216);內(nèi)蒙古科技大學(xué)創(chuàng)新基金項(xiàng)目(2009NC022)

2009204203;

2010203215

郭貴寶(1970—),男,博士研究生,從事燃料電池和傳感器方面研究工作,聯(lián)系地址:內(nèi)蒙古包頭市阿爾丁大街7號(hào),內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院(014010),E2mail:guogb@imust.cn

安勝利,聯(lián)系地址:內(nèi)蒙古包頭市阿爾丁大街7號(hào),內(nèi)蒙古科技大學(xué)(014010),E2mail:shengli_an@126.com