本工作利用 7Li 作為探針來鑑定 Nafion 薄膜中的微觀孔洞（1~100nm 量級）的分佈。我們將 Naifon 浸入不同濃度的 LiCl 溶液使（部分或全部） Nafion/H 變成 Nafion/Li。然後藉助魔角旋轉（MAS）固態NMR 實驗，並結合變場，變溫以及脈衝梯度磁場等方法，獲得不同溫度，不同濃度下 7Li 的光譜以及縱向鬆弛速率，平移擴散速率等參數。利用這些資料進行分析，可以獲取有關微孔內部結構，動態，微孔之間的關連等重要資訊。例如，7Li 的光譜普遍呈現化學位移的分佈（~ 0.5 ppm），說明 Nafion 膜中確實存在各種不同大小的微孔洞，而7Li光譜線型可以提供這種分佈的資訊。同時也測量縱向鬆弛的變化，發現和普通整體 LiCl 水溶液相比有很大的差別，呈現明顯的侷限效應，由此可以推論 Li+ 確實進入孔洞內。藉由鬆弛速率的變溫實驗可以擬合出旋轉擴散的活化能，從而瞭解不同情形下離子在 Nafion 中運動受阻程度的差異。進一步，不同濃度下的鬆弛速率都有所變化，說明 Li+ 在孔洞中可能有不同的鍵結行為。變溫實驗(60~66℃)，由於拓撲學的發生，7Li 的光譜線型產生了變化。我們也將這些結果與之前文獻上的結論進行比較，說明 7Li 是 Nafion 膜研究中一個非常值得使用的NMR 探針，能提供重要而獨特的資訊。

The dynamical characteristics and the structure of lithium in Nafion were investigated by solid state magic angel spinning nuclear magnetic resonance(MAS NMR).
Variable temperature, longitudinal NMR relaxation time(T1), self-diffusion coefficients and rotational activation energy of various concentrations were determined.
The distribution of the 7Li MAS NMR spectra of Nafion/Li represent the pore size, and T1 of Nafion/Li is slower than the bulk lithium solution, it implied the lithium were crowed in the pore(exchanged with the proton).
Rotational activation energy illustrated the block level of lithium in different pores of Nafion. In the longitudinal NMR relaxation rate of various concentrations, instead, the type of bonding between lithium and water were different. The variable temperature experiments of 7Li MAS NMR spectra also illustrated the temperature about 60~66℃ result in the change of microstructure of Nafion.

中文摘要 1
Abstract 2
第一章 緒論 3
1-1 前言 3
1-2 質子交換膜的簡介 9
1-3 研究動機 9
第二章 核磁共振 11
2-1 引言 11
2-2 基本原理 11
2-2-1 Bloch 方程 14
2-2-2 鬆弛 16
2-2-2.1 縱向鬆弛(longitudinal relaxation) 17
2-2-2.2 橫向鬆弛(transverse relaxation) 19
2-3 固態核磁共振 22
2-3-1 基本原理 23
2-3-2 Zeeman 作用力 24
2-3-3 化學位移各項異性 24
2-3-4 偶極-偶極交互作用力 25
2-3-5 J-Coupling 25
2-3-6 四極核作用力 25
2-3-7 魔角旋轉 26
2-3-8 擴散系數 27
2-3-9 轉動活化能 31
第三章 實驗部份 32
3-1 實驗藥品 32
3-2 藥品配置 32
3-3 儀器設備及裝置 33
3-4 實驗參數 33
第四章 結果與討論 37
結論 78
參考文獻 80

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