| Acknowledgements | 第4-6页 |
| 中文摘要 | 第6-7页 |
| ABSTRACT | 第7-8页 |
| Chapter 1: General Introduction-Ion Exchange Membrane and Applications | 第21-50页 |
| 1.1 Introduction | 第21-22页 |
| 1.2 Application and integrated systems | 第22-28页 |
| 1.2.1 Polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) | 第24-26页 |
| 1.2.2 Diffusion Dialysis | 第26-28页 |
| 1.3 Fundamental concepts | 第28-29页 |
| 1.4 Design and Preparation of IEMs | 第29-33页 |
| 1.4.1 Desired characteristics | 第29-30页 |
| 1.4.2 Polymeric Membranes | 第30-31页 |
| 1.4.3 Mixed Matrices | 第31-33页 |
| 1.5 Structure morphology | 第33-35页 |
| 1.5.1 Dense membranes | 第33-34页 |
| 1.5.2 Layered membranes | 第34-35页 |
| 1.5.3 Porous membranes | 第35页 |
| 1.6 Ion transport and structure property relationship | 第35-39页 |
| 1.6.1 Structure and Proton Transport | 第35-37页 |
| 1.6.2 Structure and Anion transport | 第37-39页 |
| 1.6.3 Ion transport for acid recovery via diffusion dialysis | 第39页 |
| 1.7 Development of Ion Exchange Membrane | 第39-48页 |
| 1.7.1 Proton Exchange Membranes for fuel cell | 第39-44页 |
| 1.7.2 Anion Exchange Membranes for fuel cell | 第44-48页 |
| 1.8 Scope and outline of the thesis | 第48-50页 |
| Chapter 2: Sandwich Structure SPPO/BPPO Proton Exchange Membranes for Fuel Cells:Morphology- electrochemical properties relationship | 第50-76页 |
| 2.1 Introduction | 第50-53页 |
| 2.2 Experimental section | 第53-56页 |
| 2.2.1 Materials | 第53页 |
| 2.2.2 Preparation of sandwich structured membranes | 第53-54页 |
| 2.2.3 Characterization | 第54-56页 |
| 2.3 Results and Discussions | 第56-75页 |
| 2.3.1 Formation of sandwich structure Membrane | 第56-59页 |
| 2.3.2 Morphology | 第59-62页 |
| 2.3.3 Thermal Behavior | 第62-64页 |
| 2.3.4 Electrochemical properties relationship | 第64-67页 |
| 2.3.5 Proton conductivity | 第67-70页 |
| 2.3.6 Methanol permeability | 第70-72页 |
| 2.3.7 Fuel cell performance evaluation | 第72-75页 |
| 2.4 Conclusion | 第75-76页 |
| Chapter 3: Constructing Low Barrier Proton Conduction Pathways in Polymer ElectrolyteMembranes for Fuel Cells | 第76-97页 |
| 3.1 Introduction | 第76-79页 |
| 3.2 Experimental section | 第79-83页 |
| 3.2.1 Materials | 第79页 |
| 3.2.2 Synthesis of toluenesulfonylguanyl azide (TSGA) | 第79-80页 |
| 3.2.3 Synthesis of Toluenesulfonamide, N-1H-tetrazol-5-yl-(SAT) | 第80-81页 |
| 3.2.4 Synthesis of sulfonyl-amino-tetrazole polymer | 第81页 |
| 3.2.5 Preparation of SP-SAT membranes | 第81页 |
| 3.2.6 Characterization | 第81-83页 |
| 3.2.7 Pulse Field Gradient NMR spectroscopy | 第83页 |
| 3.2.8 Cyclic Voltammograms in Anhydrous electrolyte systems | 第83页 |
| 3.3 Results and Discussions | 第83-96页 |
| 3.3.1 Chemical composition,morphology, and mechanical properties | 第83-90页 |
| 3.3.2 Proton conductivity | 第90-95页 |
| 3.3.3 Electrochemical stability of sulfonyl-amino-tetrazole | 第95-96页 |
| 3.4 Conclusion | 第96-97页 |
| Chapter 4: Highly Charged Hierarchically Structured Porous Anion Exchange Membranes withExcellent Performance | 第97-125页 |
| 4.1 Introduction | 第97-100页 |
| 4.2 Experimental section | 第100-105页 |
| 4.2.1 Materials | 第100-101页 |
| 4.2.2 Synthesis of quaternized poly(2-dimethylaminoethanol-N-2,3-dimethylphenyloxide) (QDAPPO) | 第101页 |
| 4.2.3 Synthesis of 3-methyl-1-(3-(triethoxysilyl)propyl)-1H-imidazolium chloride (Ionliquid, IL) | 第101页 |
| 4.2.4 Membrane preparation | 第101-103页 |
| 4.2.5 Polymer and Membrane characterization | 第103-105页 |
| 4.3 Results and Discussions | 第105-119页 |
| 4.3.1 Synthesis and characterization of QDA-IL AEMs | 第105-107页 |
| 4.3.2 Membrane Morphology | 第107-109页 |
| 4.3.3 Ion Exchange Capacity | 第109-110页 |
| 4.3.4 Water Uptake (WU) | 第110-111页 |
| 4.3.5 Diffusion dialysis performance | 第111-116页 |
| 4.3.6 Thermal stability | 第116-117页 |
| 4.3.7 Mechanical properties | 第117-119页 |
| 4.4 Conclusion | 第119-120页 |
| 4.5 Supporting Information | 第120-125页 |
| Chapter 5: Hierarchically Structured Porous Anion Exchange Membranes ContainingZwetterionic Pores for Ion Separation | 第125-150页 |
| 5.1 Introduction | 第125-128页 |
| 5.2 Experimental section | 第128-130页 |
| 5.2.1 Materials | 第128页 |
| 5.2.2 Membrane preparation | 第128-130页 |
| 5.3 Results and Discussions | 第130-148页 |
| 5.3.1 Membrane composition and morphology | 第130-133页 |
| 5.3.2 Water Uptake (WU)and Ion Exchange Capacity(IEC) | 第133-136页 |
| 5.3.3 Mechanical Properties | 第136-139页 |
| 5.3.4 Thermal Stability | 第139-140页 |
| 5.3.5 Diffusion Dialysis Performance | 第140-148页 |
| 5.4 Conclusion | 第148-150页 |
| Chapter 6: Design of Mixed Matrix Anion Exchange Membrane for fuel cell | 第150-176页 |
| 6.1 Introduction | 第150-153页 |
| 6.2 Experimental Section | 第153-158页 |
| 6.2.1 Materials | 第153页 |
| 6.2.2 Synthesis of quarnized poly(2-dimethylaminohexanol-N-2,3-dimethylphenyloxide) (QDAH-PPO) | 第153-154页 |
| 6.2.3 Hybrid Membrane preparation (QDAH-xQSi-PPOy) | 第154-155页 |
| 6.2.4 Characterization | 第155-158页 |
| 6.3 Results and Discussion | 第158-175页 |
| 6.3.1 Preparation and characterization of QDAH-QSi-PPO membranes | 第158-161页 |
| 6.3.2 Microstructure morphology | 第161-165页 |
| 6.3.3 Mechanical properties | 第165-166页 |
| 6.3.4 Thermal stability | 第166-167页 |
| 6.3.5 Ion Exchange Capacity | 第167-168页 |
| 6.3.6 Water Uptake (WU)and Swelling Ratio(SR) | 第168-171页 |
| 6.3.7 The hydroxide ion conductivity | 第171-173页 |
| 6.3.8 Alkaline stability | 第173-175页 |
| 6.4 Conclusion | 第175-176页 |
| Chapter 7: Tetrazole Tethered Polymers for Stable Alkaline Anion Exchange Membranes | 第176-194页 |
| 7.1 Introduction | 第176-179页 |
| 7.2 Experimental section | 第179-183页 |
| 7.2.1 Materials | 第179页 |
| 7.2.2 Synthesis of 2-(5-(benzylthio)-1H-tetrazol-1-yl)-N,N-dimethylethanamine(BTTDMEA) | 第179-180页 |
| 7.2.3 Bromination of poly (2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) (BPPO) | 第180页 |
| 7.2.4 Synthesis of tetrazole tethered Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) (PPO) withquaternary ammonium groups (t-QBTTPPO) | 第180-181页 |
| 7.2.5 Synthesis of quaternized Poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) (QPPO) | 第181页 |
| 7.2.6 Anion exchange membrane preparation | 第181页 |
| 7.2.7 Characterization | 第181-183页 |
| 7.3 Results and Discussions | 第183-193页 |
| 7.3.1 Chemical structure and composition | 第183-187页 |
| 7.3.2 Morphology structure | 第187-188页 |
| 7.3.3 Hydroxide conductivity | 第188-190页 |
| 7.3.4 Alkaline stability | 第190-193页 |
| 7.4 Conclusion | 第193-194页 |
| Chapter 8: Tetrazole End-capped Polymers for Anion Exchange Membranes | 第194-216页 |
| 8.1 Introduction | 第194-196页 |
| 8.2 Experimental section | 第196-201页 |
| 8.2.1 Materials | 第196页 |
| 8.2.2 Synthesis of N,N-dimethyl-3-((1-methyl-1H-tetrazol-5-yl)thio)propan-1-amine(DMTPA) | 第196-197页 |
| 8.2.3 Synthesis of 5-((6-bromohexyl)thio)-1-methyl-1H-tetrazole (BHTMT) | 第197页 |
| 8.2.4 Synthesis of 6-(dimethylamino)-N,N-dimethyl-N-(6-((1-methyl-1H-tetrazol-5-yl)thio)hexyl)hexan-1-aminium bromide (DMA-QBHTMT) | 第197-198页 |
| 8.2.5 Polymer synthesis | 第198页 |
| 8.2.6 Membrane preparation | 第198-199页 |
| 8.2.7 Characterization | 第199-201页 |
| 8.3 Results and Discussions | 第201-215页 |
| 8.3.1 Polymer synthesis and membrane preparation | 第201-206页 |
| 8.3.2 Morphology | 第206-208页 |
| 8.3.3 Ion Exchange Capacity, Water Uptake and Swelling ratio | 第208-211页 |
| 8.3.4 Hydroxide Ion Conductivity | 第211-212页 |
| 8.3.5 Thermal stability | 第212-214页 |
| 8.3.6 Mechanical properties | 第214-215页 |
| 8.4 Conclusion | 第215-216页 |
| CHAPTER 9: Summary and Recommendations for Future Research | 第216-222页 |
| References | 第222-237页 |
| Publications | 第237页 |
