[发明专利]Nafion/磷酸化氧化石墨烯杂化膜及制备和应用

摘要

本发明公开了一种Nafion/磷酸化氧化石墨烯杂化膜，由Nafion与磷酸化氧化石墨烯构成，厚度为40～70μm，其中，磷酸化氧化石墨烯与Nafion质量之比为0.005～0.02:1。其制备过程包括：Hummers法制备氧化石墨烯；通过多巴胺与氧化石墨烯上羧基的反应，制备多巴胺修饰的氧化石墨烯，然后通过多巴胺与阿仑膦酸间的迈克尔加成反应，从而制备磷酸化氧化石墨烯；磷酸化氧化石墨烯与Nafion溶液共混得到铸膜液，延流到干净的玻璃板上成膜，制得该杂化膜。本发明杂化膜的制备过程操作简单易行，绿色环保，制得的Nafion/磷酸化氧化石墨烯杂化膜应用于质子交换膜燃料电池，在100％湿度和低湿度下均有较高的质子传导率。

主权项

1.一种Nafion/磷酸化氧化石墨烯杂化膜的制备方法，该Nafion/磷酸化氧化石墨烯杂化膜由Nafion与磷酸化氧化石墨烯构成，杂化膜厚度为40～70μm，其中，磷酸化氧化石墨烯与Nafion质量之比为0.005～0.02:1；其特征在于，该制备方法包括以下步骤：步骤一、Hummers法制备氧化石墨烯；步骤二、磷酸化氧化石墨烯的制备：将三羟甲基氨基甲烷溶于去离子水中配制成浓度为0.01mol L‑1的缓冲溶液，将氧化石墨烯加入该缓冲溶液中，其中氧化石墨烯浓度为0.1～1.0mg/mL，充分超声、搅拌，按照氧化石墨烯与多巴胺1:1的量向溶液中加入多巴胺，继续超声分散；将上述反应液转移至三口烧瓶中，置于30℃恒温水浴中搅拌24h，离心、洗涤，得到多巴胺修饰的氧化石墨烯；称取阿仑膦酸，缓慢加入到上述反应液中得到混合溶液，该混合溶液中阿仑膦酸的浓度为0.1～0.8mg/mL，搅拌反应24h后，离心、洗涤、冷冻干燥，得到磷酸化氧化石墨烯；步骤三、杂化膜的制备与成膜：将Nafion溶液置于烘箱中干燥24h，得到干燥的Nafion高分子；称取适量磷酸化氧化石墨烯加入N，N‑二甲基乙酰胺中，搅拌24h，配置成浓度为0.05～0.20g/mL的混合溶液；将干燥的Nafion高分子溶于上述混合溶液中，其中Nafion浓度为0.02～0.1g/mL，搅拌24h至充分溶解，得到铸膜液；将铸膜液延流到干净的玻璃板上，置于80℃烘箱中干燥12h，升温至120℃继续干燥12h后，将得到的杂化膜揭下，即制得Nafion/磷酸化氧化石墨烯杂化膜，其中，磷酸化氧化石墨烯与Nafion质量之比为0.005～0.02:1。