[发明专利]新型二茂铁衍生物阴离子交换膜的制备方法

说明书

本发明提供一种新型二茂铁衍生物阴离子交换膜及其制备方法。该阴离子交换膜按接枝侧链长度不同包括：乙基侧链型聚靛红联苯，丁基侧链型聚靛红联苯和己基侧链型聚靛红联苯：本发明还提供一种新型二茂铁衍生物阴离子交换膜及其制备方法，该方法是利用超强酸催化的逐步增长聚合反应制备聚靛红联苯聚合物，通过亲核取代反应制备一种含有二茂铁衍生物的阴离子交换膜。本发明的新型二茂铁衍生物阴离子交换膜在80℃时的氢氧根传导率为0.059 S/cm。

技术领域

本发明属于高分子材料领域和阴离子交换膜燃料电池领域，具体涉及一种新型二茂铁衍生物阴离子交换膜的制备方法。

背景技术

燃料电池是一种可将化学能转化为电能且副产物只有水的电化学装置。因其环境友好、可持续发展且引用潜力巨大而成为研究热点。阴离子交换膜是碱性燃料电池的核心组件之一，也是影响燃料电池性能的重要因素，经过多年的发展阴离子交换膜的性能得到大幅提升，但现阶段在离子电导率，机械性能和耐碱稳定性方面仍然无法满足日常使用的需要。

其中影响阴离子交换膜性能的主要是聚合物主链及离子传输基团的性质。Zhu等（ J. Mater. Chem. A, 2019,7, 6883-6893）通过超强酸催化，在低温下合成了具有优异化学及机械稳定性的高分子聚合物，证明了在阴离子交换膜上具有巨大应用潜力。同时英国《高分子化学》（Polym. Chem., 2017,8, 1381-1392）报道了一种含二茂钴阳离子聚苯并咪唑阴离子交换膜的制备方法，即将1,1'-二甲基二茂钴通过高锰酸钾氧化为1,1'-二羧基二茂钴，这种单体上下两个戊环分别带有一个羧基，可与苯并咪唑在微波反应器中发生聚合。但是这种制备工艺所采用的原料1,1'-二甲基二茂钴的制备条件苛刻，且价格较为昂贵，不适宜大规模的工业应用。

发明内容

为改进上述现有技术所存在的缺点与不足，本发明提供了一种制备方法简单，原料廉价易得，适合大规模商业化生产的阴离子交换膜的制备方法，且所制备的阴离子交换膜的电导率较高、生产成本低。

本发明为解决前述技术问题，采用如下技术方案：

新型二茂铁衍生物阴离子交换膜，其特征在于，它的结构通式中包含如式（1）所示的重复单元：

式中，n为聚合度，m为2,4,6。

进一步地，不同侧链长度的的新型二茂铁衍生物阴离子交换膜，结构式分别如式Ⅰ，式Ⅱ和式Ⅲ所示：

式Ⅰ

式Ⅱ

式Ⅲ

本发明的又一目的在于提供一种新型二茂铁衍生物阴离子交换膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将聚靛红联苯聚合物与溴烷基醇溶于极性溶剂中，向溶液中加入无水K2CO3，在无水、无氧的条件下加热搅拌反应，随后倒入大量丙酮中析出，洗涤多次后得第一产物；所述聚靛红联苯与溴烷基醇的摩尔比为1:1，所述丙酮的体积至少为所述极性溶剂体积的10倍；

步骤二：将所述第一产物、氢化钠、四丁基溴化铵（TBAB）和溴化环戊二烯基-铁-甲苯六氟磷酸盐（Br-[Cp-Fe-toluene]PF6）溶于极性溶剂中，在无水、无氧的条件下加热搅拌反应，随后倒入大量丙酮中析出，洗涤多次后得第二产物；

步骤三：将所述第二产物溶于极性溶剂中，待完全溶解得到成膜液，所述的成膜液中含所述的第二产物重量百分比为（1.5～2%）；

步骤四：将步骤三得到的成膜液采用流延法流延成膜，即得到新型二茂铁衍生物阴离子交换膜。