[发明专利]一种高效能耐高温质子传导材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高效能耐高温质子传导材料及其制备方法，涉及质子传导材料技术领域。本发明先将三丙二酸基(三苯甲氧基)硅烷和4,5‑二氨基邻氯代硫化苯甲酰氯混合，形成噻吨酮类微孔聚合物，制备得到耐高温的纳米凝胶微粒；再将三邻氨基苯醌基苯、2‑巯基‑3‑羰基‑4‑硝基丁醇和纳米凝胶微粒混合，形成苯并吡咯类化合物，再通过光合辅助超声工艺，形成超支化酰胺，将纳米凝胶微粒稳固地嵌合在超支化酰胺的空腔中，并且在使用时传质通道内磺酸根离子密度增加，使得制备得到的高效能耐高温质子传导材料具有良好的耐高温性、拉伸强度、导电性和质子传导率。

技术领域

本发明涉及质子传导材料技术领域，具体为一种高效能耐高温质子传导材料及其制备方法。

背景技术

人类步入现代社会后，自然界所能供给石油煤炭、天然气等能源被过度消耗，以至于日渐枯竭，与此同时，世界各国也逐渐意识到了可持续发展及环境保护的重要性。燃料电池作为一种清洁、高效、安全的绿色新能源显示出了广阔的、诱人的市场开发前景。

固态质子传导材料作为燃料电池的电解质材料，在燃料电池中起着不可或缺的作用。目前市场上的质子传导材料，主要是Nafion膜，它具有较高的质子传导率和一定的化学、机械稳定性，被广泛应用于低温燃料电池。然而，Nafion膜价格昂贵、热稳定性有限且高温使用时，会引起嫁接的功能团损失；由于是高氟聚合物，材料的循环利用和废弃处理困难，带来环境负担。因此，制备出低成本、可以在高温下长期使用且质子传导率较高的质子传导材料，以替代Nafion膜成为了目前质子传导材料领域一个亟待解决的问题。

本发明关注到了这类问题，通过制备高效能耐高温质子传导材料来解决这一问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效能耐高温质子传导材料及其制备方法，以解决现有技术中存在的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种高效能耐高温质子传导材料，所述高效能耐高温质子传导材料是由三邻氨基苯醌基苯、2-巯基-3-羰基-4-硝基丁醇和纳米凝胶微粒混合，通过光合辅助超声工艺制备得到。

进一步的，所述纳米凝胶微粒是由三丙二酸基(三苯甲氧基)硅烷和4,5-二氨基邻氯代硫化苯甲酰氯制备得到。

进一步的，一种高效能耐高温质子传导材料的制备方法，包括以下制备步骤：纳米凝胶微粒的制备、高效能耐高温质子传导材料的制备。

进一步的，所述高效能耐高温质子传导材料的制备方法包括以下制备步骤：

(1)在0～4℃下将水凝胶冷冻11～13h，随后在10～20Pa、-50～-48℃下冷冻46～50h，取出后研磨、过筛，制备得到纳米凝胶微粒；

(2)在25～26℃、氮气保护条件下，将混合溶液与纳米凝胶微粒按质量比1：0.002～1：0.004混合，以600～800r/min搅拌110～130min，随后光照13～15h，再在80～82℃下超声0.5～0.7h，保温备用，制备得到铸膜液；在24～26℃和40～60％湿度下，使用0.13～0.15mm的刮膜刀将铸膜液在平整的玻璃板上以0.09～0.11m/s的速度刮膜，于室温下静置30～40min，随后放入4～6℃去离子水中静置浸泡23～25h，使玻璃板表面的膜自动飘起，随后取出，放入28～30℃烘箱烘3～5h，随后自然冷却至室温，制备得到高效能耐高温质子传导材料。