[发明专利]二氧化钛改性低维碳材料/壳聚糖质子交换膜及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种二氧化钛改性低维碳材料/壳聚糖质子交换膜的制备方法，其包括以下步骤：

以壳聚糖作为基质成膜材料，以二氧化钛改性低维碳材料作为质子交换膜中的纳米填料，制备二氧化钛改性低维碳材料/壳聚糖质子交换膜。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：制备二氧化钛改性低维碳材料/壳聚糖质子交换膜时，还加入木质素磺酸钠作为添加剂。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述二氧化钛改性低维碳材料包括二氧化钛改性零维碳材料、二氧化钛改性一维碳材料、二氧化钛改性二维碳材料；可选地，所述二氧化钛改性低维碳材料包括二氧化钛-碳纳米管或二氧化钛-氧化石墨烯。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述二氧化钛-碳纳米管为其上包覆有二氧化钛的碳纳米管；可选地，所述二氧化钛-碳纳米管的制备包括以下步骤：(1)将碳纳米管、改性剂与水共同通过研磨、超声分散或机械搅拌中的至少一种方式对碳纳米管进行改性，收集改性碳纳米管并干燥，其中：所述碳纳米管包括羧酸碳纳米管，所述改性剂包括木质素磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠或油酰氧基乙磺酸钠中的至少一种；(2)干燥后的改性碳纳米管分散在有机溶剂中，加入水和钛酸丁酯进行水解，反应完成后洗涤、离心，所得产物抽滤干燥；(3)干燥后的产物在300-600℃的条件下高温热处理。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述二氧化钛-氧化石墨烯为负载有二氧化钛的氧化石墨烯片；可选地，所述二氧化钛-氧化石墨烯的制备包括以下步骤：将硫酸钛置于分散好的氧化石墨烯水溶液中混合，然后将混合液转移至反应釜中并在真空干燥箱中反应，反应完成后洗涤、干燥。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述羧酸碳纳米管为外管径10nm～20nm、长度10μm～30μm、纯度：≥98wt％的多壁或单壁羧酸碳纳米管。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：通过溶液浇铸法制备二氧化钛改性低维碳材料/壳聚糖质子交换膜；可选地，所述溶液浇铸法包括以下步骤：将二氧化钛改性低维碳材料超声分散在水溶液中，得到均匀的分散液；加入冰醋酸和壳聚糖于分散液中，加热搅拌形成均匀的铸膜液；将铸膜液脱气后倒入模具中，烘干至膜自然脱落；将所得膜浸泡在交联试剂稀硫酸中交联。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：将二氧化钛改性低维碳材料超声分散在水溶液中时，还包括将木质素磺酸钠超声分散在水溶液中。

9.一种通过权利要求1-8之一所述的制备方法获得的二氧化钛改性低维碳材料/壳聚糖质子交换膜。

10.一种权利要求9所述二氧化钛改性低维碳材料/壳聚糖质子交换膜在燃料电池中的应用。