[发明专利]磺化的氧化石墨烯-二氧化硅复合物/聚合物杂化质子交换膜及其制备方法

权利要求书

1.一种磺化的氧化石墨烯-二氧化硅复合物/聚合物杂化质子交换膜，其特征在于：本质子交换膜中具有二维片层状的磺化的氧化石墨烯-二氧化硅复合物，因其和聚合物基体之间存在着较强的相互作用力，而使得该复合物在所制备得到的杂化质子交换膜基体中拥有极佳的分散性。

2.一种磺化的氧化石墨烯-二氧化硅复合物/聚合物杂化质子交换膜的制备方法，其特征在于具体步骤为：

（1）将氧化石墨烯GO和二环己基碳二亚胺DCC按质量比为2:1分散于3-氨丙基三乙氧基硅烷APTS中并超声直至得到均匀的分散液；再在搅拌的情况下置于60~120^oC环境下反应6~120h，最后通过重复离心-无水乙醇洗涤后于真空烘箱中干燥而得到产物：APTS改性了的GO ，标记为APTS-GO；

（2）然后，搅拌的情况下，将APTS-GO分散于体积比为1:15:110的甲酸、水和无水乙醇的混合溶剂中以得到3.97wt/v%的均匀分散液，再于30~120^oC下反应0.5~30d，最后通过重复离心-无水乙醇洗涤后于真空烘箱中干燥而得到产物：氧化石墨烯-二氧化硅复合物，标记为GO-SiO₂；

（3）接着，通过超声而得到1.43wt/v% GO-SiO₂/甲苯均匀分散液；随后，在冷凝回流的情况下，逐滴加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷并反应12~96h；接着，将其在10~50^oC环境下浸泡于15~30wt%H₂O₂水溶液中6~96h，最后通过重复离心-无水乙醇洗涤后于真空烘箱中干燥而得到产物：磺化的氧化石墨烯-二氧化硅复合物，标记为S-GO-SiO₂；

（4）随后，往聚合物溶液中加入所需量的S-GO-SiO₂并超声使其分散均匀得到铸膜液，将该铸膜液涂覆成膜后置于70^oC烘箱中，经缓慢升温至120^oC之后再抽真空保持12~36 h；最后该杂化膜经双氧水溶液和酸浸泡，便得到磺化的氧化石墨烯-二氧化硅复合物/聚合物杂化质子交换膜。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述的3-氨丙基三乙氧基硅烷APTS的用量根据所需复合SiO₂的量而确定，APTS:GO（ml:mg）=1:100~20:1。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤（3）中所述的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的用量根据所需磺化的程度而确定，MPTMS:GO（mg:mg）=1:100~100:1。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤（4）中所述的聚合物溶液为全氟磺酸树脂、磺化聚醚醚酮、磺化聚苯并咪唑或磺化聚酰亚胺的均相溶液中的一种，所述的聚合物溶液的浓度为1wt%~40wt%，所述的聚合物溶液的溶剂为可使得上述聚合物形成均相溶液的溶剂。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤（4）中所述的缓慢升温的升温速率小于0.5 ^oC/min。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤（4）中所述的经双氧水溶液和酸浸泡，双氧水的浓度为2~10 wt%，酸为1~4 mol/L的盐酸、硫酸或磷酸的一种或几种的混合物。