[发明专利]一种高温质子交换膜及其制备方法

权利要求书

1.一种高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)双羟乙基砜-4,5-二羧基咪唑缩聚物的制备：将双羟乙基砜、4,5-二羧基咪唑、催化剂溶于甲苯中，并加入到带有分水器的圆底烧瓶中，在氮气或惰性气体氛围下80-90℃下搅拌反应2-3小时，在温度110-130℃下搅拌反应6-8小时，后旋蒸除去溶剂，并用水洗涤产物3-5次，再用乙酸乙酯洗涤4-8次，最后置于真空干燥箱中80-90℃下烘10-15小时；

2)缩聚物的改性：将经过步骤1)制备得到的缩聚物、2-氯乙基甲基磺酸、碱性催化剂溶于高沸点溶剂中，在70-80℃下搅拌反应4-6小时，然后在水中沉出，并用水洗5-8次后置于真空干燥箱中100-110℃下烘10-15小时；所述高沸点溶剂选自二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种；

3)浇注成膜：将经过步骤2)制备得到的改性后的缩聚物溶于二甲亚砜，并向溶液中加入金属有机框架，超声15-20分钟，后浇注在聚四氟乙烯板上，并置于70-80℃的鼓风干燥箱中烘8-12小时，得到聚合物膜；

4)磷酸掺杂：将步骤3)中制备得到的聚合物膜浸泡在70-80℃下质量分数为60-80％的磷酸溶液中20-30小时，后取出用滤纸擦拭膜表面，并置于70-80℃下真空干燥20-30小时，得到高温质子交换膜。

2.根据权利要求1所述的高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述双羟乙基砜、4,5-二羧基咪唑、催化剂、甲苯的质量比为1:1:(0.3-0.7)：(5-10)。

3.根据权利要求1所述的高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述催化剂选自硫酸锆、硫酸铈、钛酸四丁酯、锆酸异丙酯中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述惰性气体选自氦气、氖气、氩气中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述缩聚物、2-氯乙基甲基磺酸、碱性催化剂、高沸点溶剂的质量比为(3-5):1:(1-2):(10-15)。

6.根据权利要求1所述的高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述碱性催化剂选自氰化钠、叔丁基醇钾、氢氧化钾、碳酸钾中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述改性后的缩聚物、二甲亚砜、金属有机框架的质量比为1：(50-80)：(0.1-0.3)；步骤4)中所述聚合物膜、磷酸溶液的质量比为1：(80-120)。

8.根据权利要求1所述的高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述金属有机框架选自MOF-5、ZIF-8、HKUST或MIL-101中的一种或几种。

9.一种采用权利要求1-8任一项所述高温质子交换膜的制备方法制备得到的高温质子交换膜。

10.一种采用权利要求9所述高温质子交换膜作为聚电解质膜的高温质子交换膜燃料电池。