[发明专利]一种磺化聚醚醚酮负载单一催化剂直接制备质子交换膜的方法

说明书

本发明涉及一种磺化聚醚醚酮负载单一催化剂直接制备质子交换膜的方法，以磺化聚醚醚酮和氧化石墨烯作为成膜组分，与铂催化剂浆料混合制成成膜液，流延成膜，直接制得磺化聚醚醚酮负载单一催化剂的质子交换膜，该质子交换膜具有良好的质子传导能力、阻醇性能和机械性能，可广泛应用于直接甲醇燃料电池领域。

技术领域

本发明属于质子交换膜领域，具体涉及一种磺化聚醚醚酮负载单一催化剂直接制备质子交换膜的方法。

背景技术

燃料电池作为一种新型能源体系，以高效洁净低噪可靠性高和对环境友好等优点而备受青睐，尤其是直接甲醇燃料电池。

质子交换膜是质子交换膜燃料电池和直接醇类燃料电池的核心部件之一，其作用是：(1)分隔阳极和阴极，阻止燃料和空气(氧气)直接混合发生化学反应；(2)传导质子，质子电导率越高，膜的内阻越小，燃料电池的效率越高；(3)电绝缘体，阻止电子在膜内传导，电子由阳极通过外线路向阴极流动，产生外部电流供人们使用。通常，燃料电池用PEM材料必须满足以下要求：(1)低成本；(2)高质子传导率；(3)良好的力学强度(抗溶胀)和尺寸稳定性；(4)优异的化学稳定性和电化学稳定性；(5)很低的气体或甲醇渗透率；(6)与催化剂层匹配；(7)长期使用稳定。目前，铂由于对催化氧还原具有很高的催化活性而被广泛用作阴极电催化剂。

磺化聚醚醚酮作为一种玻璃态的高分子，具有良好的热稳定性和机械强度，气体的渗透系数较低。在气体分离过程中，通常有水蒸气存在，而大部分膜材料耐水稳定性受到限制，而磺化聚醚醚酮具有优良的耐水性，可以作为杂化膜中的高分子基质材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磺化聚醚醚酮负载单一催化剂直接制备质子交换膜的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种磺化聚醚醚酮负载单一催化剂直接制备质子交换膜的方法，包括以下步骤：

1)以H₂PtCl₆作为Pt的前驱体，碳纳米管作为催化剂载体，将H₂PtCl₆溶解在乙二醇中，加入碳纳米管搅拌1-2h成均匀浆液，加入NaOH调节pH值为8-10，升温至125-150℃，回流至催化剂金属的前驱体盐反应完毕，得催化剂浆料；

2)将氧化石墨烯溶于去离子水中，超声分散配制成5-15wt％的分散液；

3)将磺化聚醚醚酮加入二甲基甲酰胺中，配制成浓度为5-10wt％的溶液，然后依次加入步骤2)的分散液和步骤1)的催化剂浆料，搅拌分散均匀后在洁净的玻璃板上流延成膜，60℃真空干燥12-24h，揭膜后在1mol/L的硫酸溶液中浸泡1-2小时，用去离子水充分浸泡、洗涤，真空干燥，得质子交换膜。

具体地，所述步骤1)中H₂PtCl₆与碳纳米管的质量比为3-7：5-10。

具体地，所述步骤3)中磺化聚醚醚酮的制备步骤如下：按照聚醚醚酮与浓硫酸的质量比为0.11-0.15：1将干燥的聚醚醚酮颗粒加入到浓硫酸中于45～50℃反应，经沉淀、过滤、洗涤，得磺化聚醚醚酮。

具体地，所述步骤3)中磺化聚醚醚酮、氧化石墨烯、碳纳米管的质量比为10-15:2-3:4-10。

本发明具有以下有益效果：本发明以磺化聚醚醚酮和氧化石墨烯作为成膜组分，与铂催化剂浆料混合制成成膜液，流延成膜，直接制得磺化聚醚醚酮负载单一催化剂的质子交换膜，该质子交换膜具有良好的质子传导能力、阻醇性能和机械性能，可广泛应用于直接甲醇燃料电池领域。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。