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聚合物电解质氢泵加氢反应器(HPHR)是一种电化学原位加氢装置,该装置沿用聚合物电解质燃料电池(PEMFC)的结构,但采用外加电源为驱动力,可实现常温、常压下的液相加氢反应,与传统的高温、高压加氢工艺相比,具有操作条件温和、能耗小、安全性高等优点。HPHR的阴极扩散层是影响反应物扩散效率和加氢反应速率的关键因素,需要具备良好的导电性、良好的气液两相扩散效率以及较强的耐腐蚀性。当前燃料电池采用的气体扩散层经憎水化处理,液相渗透阻力大,不适于亲水体系的液相加氢,因此需要重新设计扩散层。本文采用静电纺丝法以及后续热处理工序,制备聚丙烯腈基(PAN)纳米碳纤维膜(CNFs)。CNFs为三维多孔结构,孔隙率大,气液通透性好,且具有良好的电导率和化学稳定性。经过适当的表面酸化处理后作为HPHR的阴极液相扩散层,可以实现生物油模型化合物马来酸水溶液的电化学加氢。首先采用不同浓度的聚丙烯腈/N,N-二甲基甲酰胺(PAN/DMF)溶液进行静电纺丝,制备出纳米PAN纤维,并考察了纺丝液浓度、纺丝距离、纺丝电压对纤维形貌的影响。研究发现,PAN浓度为8wt.%时成纤性较好,在一个较宽的电压范围(14kV-20kV)和纺丝距离(8cm-20cm)均能得到匀称的纳米纤维堆积材料。将所得PAN纳米纤维进行预氧化和碳化制备疏水性纳米碳纤维(CNFs)。考察了250℃-280℃温度范围内的预氧化,以及700℃～1100℃范围内的碳化效果,发现PAN纤维在空气环境下于250℃恒温2小时能得到最佳的预氧化程度,继续碳化所得的CNFs具有较强的抗压能力,可用于组装HPHR。同时经900℃碳化1小时所得CNFs厚度方向电导率为3.4S/m,达到商业化碳纸的电导率水平。采用1mol/L的马来酸(沸点355℃)水溶液模拟生物质油的高沸点有机组分,在HPHR中进行电化学原位加氢反应。为考察亲水性对扩散性能的影响,通过H2SO4酸化处理改变CNFs的亲水性,以此作为阴极扩散层,同时对比商业化疏水碳纸(Carbon Paper)、商业化电池气体扩散层(GDL)以及100目不锈钢金属网(Metal Mesh)的性能,发现90℃浓酸浸泡3小时的CNFs作扩散层时,加氢反应转化率最高(7%),且性能优于上述几种商业化扩散层。说明CNFs具有较好的气液相扩散性能,用作HPHR的阴极液相扩散层具有良好的应用前景。