[发明专利]一种基于接枝聚苯并咪唑作为质子导体的氧还原催化层及其制备方法

权利要求书

1.基于接枝聚苯并咪唑的质子导体，其结构如式Ⅰ所示：

2.权利要求1所述的基于接枝聚苯并咪唑的质子导体的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将聚苯并咪唑和溴代氮杂环或者溴烷基取代的叔胺化合物经接枝反应得到聚合物，所述聚苯并咪唑主链上咪唑环与接枝物溴代氮杂环或者溴烷基取代的叔胺化合物的摩尔比为1：1～4：1；

(2)将上述聚合物经与强酸的质子化反应，得到基于接枝PBI的质子导体。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述接枝反应的温度为80-120℃，反应时间为12-24h。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：具体步骤为：

将一定量的聚苯并咪唑溶解于有机溶剂中，在室温磁力搅拌的条件下使聚合物充分溶解，在氮气保护下加入过量NaH，继续搅拌一段时间，聚合物溶液最终变为红棕色，然后加入溴代氮杂环或者溴烷基取代的叔胺化合物进行接枝反应；

将接枝反应后的聚合物溶液倒入冰水混合物中沉淀并多次洗涤过滤，之后冷冻干燥得到最终的接枝聚苯并咪唑；

将上述制备的接枝聚苯并咪唑聚合物溶解在有机溶剂中，将强酸缓慢滴加入聚合物的有机溶液中并在室温磁力搅拌的条件下进行质子化反应，反应结束后，将反应物倒入冰水混合物中沉淀并多次洗涤过滤，之后冷冻干燥得到最终产物；

所述的氮杂环类化合物为三氮唑、咪唑、吡啶、哌啶中的一种；所述强酸为磷酸、三氟磺酸、三氟烷基磺酸和双三氟烷基磺酰亚胺中的一种。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的有机溶剂为：N，N-二甲基乙酰胺；所述聚苯并咪唑与反应溶剂固液比为1：50～1：100g/ml；所述冷冻干燥温度为-40～-70℃，干燥时间12-48h。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述聚苯并咪唑主链上咪唑环与NaH的摩尔比为2：3～1：4；所述强酸的用量为接枝聚苯并咪唑质量的3～5倍；所述质子化反应时间为4～24h。

7.一种基于上述接枝聚苯并咪唑质子导体的燃料电池氧还原催化层，其特征在于：以权利要求1所述的接枝聚苯并咪唑质子导体作为质子导体和粘接剂，包括上述接枝聚苯并咪唑质子导体和催化剂活性组分。

8.权利要求7所述的燃料电池氧还原催化层的制备方法，其特征在于：配制基于接枝聚苯并咪唑质子导体作为质子导体和粘结剂的含有催化活性组分的催化剂墨水，涂覆于电极表面，获得燃料电池氧还原催化层。

9.权利要求8所述的燃料电池氧还原催化层的制备方法，其特征在于：具体步骤为：将基于接枝聚苯并咪唑的质子导体分散在乙醇/去离子水体积比为1：1的混合溶剂中，超声分散均匀，超声分散时间为15～30min，得到聚合物溶液，聚合物溶液的质量百分比为0.1-10％，之后将聚合物溶液和乙醇、水、催化剂超声分散，制备成催化剂墨水并滴覆于铂碳电极的表面，干燥后得到燃料电池氧还原催化层。