金属有机骨架结构改性的聚合物杂化质子交换膜及其制备方法技术
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于膜
，具体涉及一种金属有机骨架结构（I-MOF-NH2）改性的聚合物杂化质子交换膜及其制备方法。
技术介绍
质子交换膜燃料电池已成为内燃机最具竞争力的取代动力源之一，它具有高效率和无污染等优异性能。质子交换膜是其核心部件之一，它不仅为质子提供迁移和输送的通道，而且有效地阻隔燃料从阳极到阴极的渗透。其中，质子传导率是衡量质子交换膜性能的最重要参数之一，提高质子传导率是获得高性能质子交换膜燃料电池的有效手段。金属有机骨架（MOFs）具有高比表面积，高孔隙率和结构易调节的特点。因此，它在催化、气体吸附、分离、载药等方面表现出理想的应用前景。最近，MOFs在质子传导方面逐渐受到了广泛关注。研究表明，质子能够在MOFs孔中的氢键网络或功能位点上进行有效地传递。因此，MOFs改性质子交换膜逐渐被开发出来。但是，绝大多数开发出来的MOFs改性质子交换膜只在高湿度或低湿度条件下表现出明显的质子传导率的提升。如：《化学通讯》（Chemical Communication, 2013, 49, 143-145）报道了将Fe-MIL-101-NH2加入到磺化2, 6-二甲基对聚苯氧（SPPO）中制得Fe-MIL-101-NH2/SPPO杂化膜，该膜在90 ℃，80% RH（相对湿度）的条件下质子传导率为0.25 S/cm，较未改性的SPPO膜提升明显，但是它在低湿条件下质子传导率提升不明显。《膜科学》（Journal of Membrane Science 458 (2014) 86-95）报道了将封装有1-(3-氨基丙基)咪唑（NAPI）的Fe-MIL-...
【技术保护点】
一种基于相互连贯的氨基功能化的金属有机骨架结构改性的聚合物杂化质子交换膜的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）将金属盐和氨基功能化的配体加入反应溶剂中，超声使其充分溶解，形成前驱体溶液；将所得前驱体溶液在50 ~ 280 ℃的条件下进行溶剂热反应4‑74 h，离心分离出产物，将所得产物先用反应溶剂清洗，再用低沸点溶剂清洗；然后在30 ~ 140 ℃的真空烘箱中干燥0.5 ~ 30 h，即得到氨基功能化的金属有机骨架，记为MOF‑NH2；（2）将二维纳米片层材料（2D NSs）放入pH为 7 ~ 12的盐酸多巴胺的缓冲溶液中，在10 ~ 80 ℃的条件下搅拌1 ~ 48 h，过滤分离，并用去离子水清洗干净后冷冻干燥，即得到表面修饰聚多巴胺（PDA）的二维纳米片层材料，记为PDA‑2D NSs；（3）将MOF‑NH2和PDA‑2D NSs放入pH为 7 ~ 12的缓冲溶液中，在10 ~ 80 ℃的条件下搅拌1 ~ 48 h，离心分离，并用去离子水清洗干净后冷冻干燥，即得到相互连贯的氨基功能化的金属有机骨架结构，记为I‑MOF‑NH2；（4）往聚合物溶液中加入I‑MOF‑NH2，并超声使其...
【技术特征摘要】
1.一种基于相互连贯的氨基功能化的金属有机骨架结构改性的聚合物杂化质子交换膜的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）将金属盐和氨基功能化的配体加入反应溶剂中，超声使其充分溶解，形成前驱体溶液；将所得前驱体溶液在50 ~ 280 ℃的条件下进行溶剂热反应4-74 h，离心分离出产物，将所得产物先用反应溶剂清洗，再用低沸点溶剂清洗；然后在30 ~ 140 ℃的真空烘箱中干燥0.5 ~ 30 h，即得到氨基功能化的金属有机骨架，记为MOF-NH2；（2）将二维纳米片层材料（2D NSs）放入pH为 7 ~ 12的盐酸多巴胺的缓冲溶液中，在10 ~ 80 ℃的条件下搅拌1 ~ 48 h，过滤分离，并用去离子水清洗干净后冷冻干燥，即得到表面修饰聚多巴胺（PDA）的二维纳米片层材料，记为PDA-2D NSs；（3）将MOF-NH2和PDA-2D NSs放入pH为 7 ~ 12的缓冲溶液中，在10 ~ 80 ℃的条件下搅拌1 ~ 48 h，离心分离，并用去离子水清洗干净后冷冻干燥，即得到相互连贯的氨基功能化的金属有机骨架结构，记为I-MOF-NH2；（4）往聚合物溶液中加入I-MOF-NH2，并超声使其分散均匀得到铸膜液，将该铸膜液涂覆成膜后置于50 ~ 80 ℃烘箱中，升温至110 ~ 150 ℃，然后再保持12 ~ 36 h；最后该杂化膜经双氧水溶液和酸浸泡，即得到I-MOF-NH2改性的聚合物杂化质子交换膜；其中，所述的金属盐为过渡金属盐或镧系金属盐中的一种，或其中几种的混合物，所述配体为氨基芳香羧酸或氨基含氮杂环化合物中的一种，或其中几种的混合物，金属盐和配体的摩尔比为1:16 ~ 16:1。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（1）中，所述的反应溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二...
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