[发明专利]一种磷钨钼酸-金属有机框架质子交换膜及其制法

说明书

本发明涉及质子交换膜材料技术领域，且公开了一种磷钨钼酸‑金属有机框架质子交换膜及其制法，包括以下配方原料：磷钨钼酸、Ni基金属有机框架、壳聚糖、聚乙烯吡咯烷酮。该一种磷钨钼酸‑金属有机框架质子交换膜及其制法，磷钨钼酸H_3+nPW_nMo_12‑nO₄₀含有大量的氧原子、氢离子和钨酸根、钼酸根及磷酸根阴离子，可以和水分子以及电离产生的氢氧根结合，产生大量的氢键网状结构，促进质子在质子交换膜中的迁移和传递，Ni₂‑C₃₄H₁₈O₈复杂而丰富的结构孔隙为质子提供了扩散和传输通道，孔隙结构中含有大量不饱和的活性金属位点，促进对质子的吸附和传输效率，其刚性结构限制了高分子聚合物链的移动，从而降低了质子交换膜的吸水率和溶胀率。

技术领域

本发明涉及质子交换膜材料技术领域，具体为一种磷钨钼酸-金属有机框架质子交换膜及其制法。

背景技术

离子交换膜一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜，其具有优异的离子选择透过性和离子交换性能，是在高分子骨架上连接活性基团的高分子材料，离子交换膜具有广泛的实际应用：制备成电渗析器用于海水淡化处理和无机盐溶液的浓缩，应用于甘油、聚乙二醇等的除去无机盐的纯化处理，以及分级分离氨基酸等方面，此外，离子交换膜在有机和无机化合物的纯化，以及燃料电池隔膜与离子选择性电极中也有着巨大的潜在应用价值，离子交换膜燃料电池一种氢离子交换膜的低温型水介质氢/氧燃料电池，用离子交换膜作为电解质，电池可以氧化燃料物质，并还原氧气，实现将化学能转化成电能，能量的转换效率很高并且污染较小，离子交换膜应有良好的离子导电能力、耐氧化、稳定性好并能防止气体穿透性能。

离子交换膜根据传输离子可分为阴离子交换膜和阳离子交换膜，其中质子交换膜是阳离子交换膜非常具有应用价值的一种交换膜，其是质子交换膜燃料电池的核心部件，对电池性能起着关键作用，它不仅具有阻隔作用，还具有传导质子的作用，但是目前应用于电化学装置中的离子交换膜普遍存在着一些问题，如膜电阻较大，电化学性能不高，抑制了质子的传输和迁移，并且大多数离子交换膜基体材料化学性质不稳定，在电解质中容易分解或者泄露，导致离子交换膜损耗甚至结构损坏，影响了质子传输速率，降低了离子交换膜在电化学装置中的实用性和适用范围。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种磷钨钼酸-金属有机框架质子交换膜及其制法，解决了现有的质子交换膜的膜电阻较大，电化学性能不高，抑制了质子的传输和迁移的问题，同时解决了质子交换膜基体材料的化学性质不稳定，在电解质中容易分解或者泄露，导致离子交换膜损耗甚至结构损坏，影响了质子传输速率的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种磷钨钼酸-金属有机框架质子交换膜及其制法，包括以下按重量份数计的配方原料：17-30份磷钨钼酸、3-5份Ni基金属有机框架、25-30份壳聚糖、42-48份聚乙烯吡咯烷酮，制法包括以及以下实验药品：氯化镍、1,2,4,5-四(4-羧基苯基)苯、N,N-二甲基甲酰胺、乙二醇二甲醚、无水乙醇、乙酸乙酯、蒸馏水、乙酸溶液。

优选的，所述磷钨钼酸为钨掺杂磷钼酸，分子式为H_3+nPW_nMo_12-nO₄₀，制备方法包括以下步骤：