[发明专利]一种无机纳米粒子原位改性聚苯并咪唑质子交换膜及其制备方法

权利要求书

1.一种质子交换电解质膜，其特征在于，包括磷酸掺杂并且原位聚合的聚苯并咪唑聚合物与如下式I的纳米颗粒聚合物的组合物：

式I：

其中R是-(CH₂)_n-NH₃Cl，n是2～8；或者

R是，

其中所述聚苯并咪唑是聚[2,2’-(间苯基)-5,5’-联苯并咪唑]，其具有如下式II的化学式：

式II：

。

2.一种质子交换电解质膜，其特征在于，包括磷酸掺杂并且原位聚合的聚苯并咪唑聚合物与如下式I的纳米颗粒聚合物的组合物：

式I：

，

其中R是-(CH₂)_n-NH₃Cl，n是2～8；或者

R是，

其中所述聚苯并咪唑是聚[2,2’-(对苯基)-5,5’-联苯并咪唑]，其具有如下式III的化学式：

式III：

。

3.如权利要求1或2所述的质子交换电解质膜，其特征在于，式I的纳米颗粒聚合物与聚苯并咪唑聚合物的质量比是：0.006～0.03：1～2。

4.一种质子交换电解质膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a)通过原位聚合反应得到聚苯并咪唑聚合物和带有八个氨基的聚半硅氧烷纳米颗粒的原位聚合产物；

(b)磷酸掺杂处理；以及

(c)流延成膜并热处理得到所述质子交换电解质膜；

其中所述带有八个氨基的聚半硅氧烷纳米颗粒是如下式I的聚合物：

式I：

。

5.如权利要求4所述的质子交换电解质膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(a)和所述步骤(b)同时进行，或者先进行所述步骤(a)，然后将所述步骤(a)得到原位聚合产物浸入预定浓度的磷酸溶液中掺杂而成。

6.如权利要求4所述的质子交换电解质膜的制备方法，其特征在于，先进行所述步骤(b)，然后进行所述步骤(c)；或者先进行所述步骤(c)，然后进行所述步骤(b)。

7.如权利要求4至6中任一所述的质子交换电解质膜的制备方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，将3,3’,4,4’-四氨基联苯以及间苯二甲酸或对苯二甲酸与带有八个氨基的聚半硅氧烷纳米颗粒在酸性溶液中原位聚合。

8.如权利要求7所述的质子交换电解质膜的制备方法，其特征在于，所述酸性溶液是甲基硫酸溶液或多聚磷酸溶液。

9.如权利要求4至6中任一所述的质子交换电解质膜的制备方法，其特征在于，将商品化的聚苯并咪唑聚合物与带有八个氨基的聚半硅氧烷纳米颗粒进行原位聚合。

10.如权利要求9所述的质子交换电解质膜的制备方法，其特征在于，所述商品化的聚苯并咪唑聚合物，经二甲基乙酰胺/氯化锂混合溶剂溶解后，将所述带有八个氨基的聚半硅氧烷纳米颗粒分散其中。

11.如权利要求9所述的质子交换电解质膜的制备方法，其特征在于，所述聚苯并咪唑聚合物选自如下式II以及式III中的一种：

式II：

；

式III：

。

12.如权利要求4至6中任一所述的质子交换电解质膜的制备方法，其特征在于，所述原位聚合反应在惰性环境中进行。