[发明专利]一种聚电解质材料、其制备方法和酸性聚电解质膜

权利要求书

1.一种包括如式(Ⅰ)所示基团或如式(Ⅱ)所示基团的聚电解质材料，

其中，Ar独立的选自式(a)或式(b)；

R₁和R₂独立的选自式(c)、式(d)、式(e)、式(f)或式(g)；

D为离子化基团；

其中，R₃～R₁₀独立的选自氢、卤素或C1～C10的烷基；

m为0～3的整数；

r为0～10的整数；

n代表聚合度。

2.根据权利要求1所述的聚电解质材料，其特征在于，所述D为式(h)所示的含磺酸基团的小分子；

其中，R＇选自式(h1)、式(h2)或式(h3)；

n为1～10的整数。

3.根据权利要求1或2所述的聚电解质材料，其特征在于，所述D为4-羟基苯磺酸钠、1-萘酚-3-磺酸钠、1-萘酚-3,6-二磺酸钠或4-羟基丁烷-1-磺酸。

4.权利要求1所述的聚电解质材料的制备方法，包括以下步骤：

A)将如式(Ⅲ)所示或如式(Ⅳ)所示的芳基类化合物和如式(Ⅴ)所示的酮类化合物在催化剂和溶剂中进行傅克反应，得到初始聚合物；

B)将初始聚合物、溶剂和卤甲基化试剂进行卤化反应，得到卤化聚合物；

将卤化聚合物、带有离子化基团的小分子、缚酸剂在溶剂中进行取代反应，得到聚电解质材料；

或B＇)将所述初始聚合物和磺化试剂进行磺化反应，得到聚电解质材料；

其中，R₁和R₂独立的选自式(c)、式(d)、式(e)、式(f)或式(g)；

R₃～R₁₀独立的选自氢、卤素或C1～C10的烷基；

m为0～3的整数；

r为0～10的整数；

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤A)中，所述溶剂选自二氯甲烷、三氯甲烷和1，2-二氯乙烷中的一种或多种；所述催化剂选自三氟乙酸和三氟甲磺酸中的一种或两种；所述反应的温度为-0～30℃；所述反应的时间为0.5～24h。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤B)得到卤化聚合物的步骤中，所述溶剂选自四氯乙烯、氯代苯和四氯化碳中的一种或多种；所述初始聚合物和溶剂的浓度为2～5％w/v；所述卤甲基化试剂为N-溴代琥珀酰亚胺和氯(甲氧基)甲烷；所述卤化反应的温度为70～140℃；所述卤化反应的时间为3～6h。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤B)得到聚电解质材料的步骤中，所述带有离子化基团的小分子选自4-羟基苯磺酸钠、1-萘酚-3-磺酸钠、1-萘酚-3,6-二磺酸钠和4-羟基丁烷-1-磺酸中的一种或多种；所述缚酸剂选自无水碳酸钾、三乙胺、吡啶和二异丙基乙胺中的一种或多种；所述溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、二甲基亚砜和N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种；所述卤化聚合物和所述带有离子化基团的小分子的摩尔比为(0.8～1)：1；所述缚酸剂与所述带有离子化基团的小分子的摩尔比为(1～4)：1；所述反应温度为80～120℃；所述反应时间为1～3天。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤B＇)中，所述磺化试剂选自硫酸、发烟硫酸、氯磺酸、三氧化硫、氨基磺酸和亚硫酸盐中的一种。

9.一种酸性聚电解质膜，由权利要求1～3任一项所述聚电解质材料或权利要求4～8任一项所述的制备方法所制备的聚电解质材料在酸性溶液中离子交换得到。

10.根据权利要求9所述的酸性聚电解质膜，其特征在于，所述酸性溶液为盐酸或硫酸；所述酸性溶液的浓度为1～3mol/L；所述交换时间为12～24h。