[发明专利]一种负载四氨基季鏻阳离子单元的聚苯醚型阴离子交换膜及其制备方法

说明书

一种负载四氨基季鏻阳离子单元的聚苯醚型阴离子交换膜及其制备方法，属于燃料电池用阴离子交换膜技术领域。所述阴离子交换膜为含有四氨基季鏻阳离子单元的聚苯醚材料，结构如式(1)所示。所述负载四氨基季鏻阳离子的阴离子交换膜是将带有氮磷双键的四氨基有机膦单体与溴代聚苯醚反应，得到负载四氨基季鏻阳离子的聚苯醚材料，最后在模具中成膜并经过离子交换得到。本发明所提供的负载四氨基季鏻阳离子阴离子交换膜不涉及多数阴离子交换膜所利用的季铵、咪唑等基团，避免了强碱环境下的降解问题，具有离子传导率高、碱稳定性好的优点。

技术领域

本发明属于燃料电池用阴离子交换膜技术领域。特别涉及一种接枝四氨基季鏻阳离子单元的聚苯醚型阴离子交换膜及其制备方法。

背景技术

随着能源资源的逐渐枯竭和环境污染的日趋严峻，开发具有高效环保的能源已迫在眉睫。近年来，燃料电池作为一种新型动力设备进入人们的视野并受到广泛重视。燃料电池可采用氢气、甲醇等清洁可再生能源，通过在阴极和阳极发生氧化还原反应，从而产生电能，所得到的产物为水和二氧化碳，避免了对环境的污染。阴离子交换膜燃料电池是一类应用前景的燃料电池，近年来受到广泛研究。阴离子交换膜(AEMs)作为阴离子交换膜燃料电池的核心部件，一方面在分离阳极和阴极之间的燃料和阴离子传输过程中发挥着重要作用，另一方面其也决定了燃料电池的功率输出和使用寿命。

设计开发结构新颖和性能优异的阴离子交换膜，对燃料电池的规模化商业应用具有重要的理论和应用价值。聚苯醚是一类具有优异综合性能的聚合物材料，其自身可溶解于氯苯和四氢呋喃等有机溶剂中，具有较好的成膜性，其最大的特点是在长期使用负荷下，仍能保持优良的尺寸稳定性和突出的机械性能，另外其使用温度范围广，可在-127～121℃范围内长期使用。四氨基季鏻阳离子相比传统的烷基取代季鏻阳离子，具有更加优异的耐碱性和耐热性，与季铵盐类、咪唑类、胍类和穴醚类相比，具有更好的结构稳定性，在碱性条件下拥有更长的使用寿命，将其引入阴离子交换膜中可以进一步提高阴离子交换膜的综合性能。

有关的公开报道文献和专利如下：

文献1(Phosphonium-Functionalized Polyethylene:A New Class of Base-Stable Alkaline Anion Exchange Membranes[J].Journal of the American ChemicalSociety,2012,134(44):18161-4.)公开的技术表明，通过含有环辛烯结构的四胺基季鏻阳离子中烯烃的开环聚合反应制备了聚烯烃类阴离子交换膜。该AAEMs(氢氧化物电导率为22±1mS cm^-1)并在22℃15M KOH和在80℃的1M KOH中体现了它们的稳定性。本发明与该报道所选季鏻阳离子和聚合物结构均不同，报道中并没有涉及含有螺环结构的四氨基季鏻阳离子作为阳离子功能基团，也没有涉及聚苯醚作为聚合物主链，而且合成过程也完全不相同。

文献2(Chiral quaternary phosphonium salts:a new class oforganocatalysts[J].OrganicBiomolecular Chemistry,2012,10(28):5327.)公开的技术表明，含螺环结构的四氨基季磷盐可以作为一种手性相转移催化剂的应用，该季磷盐结构与本发明的有机膦单体结构不相同，其研究方向主要是将其作为催化剂来研究其催化性能，未见其涉及阴离子交换膜的相关研究。其季磷盐结构式如下：