【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水解制氢反应，具体涉及一种复合质子交换膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、氢气由于其零碳排放和高能量密度，被视为满足日益增长的能源需求的有前途的新能源。目前的制氢技术包括煤气化、蒸汽重整和水电解。相比之下，由于室温反应、选择性氢气和氧气生产以及环境友好的氢源(水)，利用电催化剂刺激析氢反应(her)是未来氢气生产最有前途和最有效的方法。因此，具有高活性和低her过电位的电催化剂对于促进缓慢的her动力学特别重要。到目前为止，pt族贵金属是最有效的her电催化剂，在酸性溶液中表现出接近零的过电位。然而，其稀缺性和高昂的成本严重限制了其在商业上的广泛应用。
2、金属有机骨架(mofs)是由过渡金属簇和相应的有机骨架组成的三维长程有序纳米晶体。mofs由于其良好的性能，如极高的比表面积、丰富的多孔性和良好的热稳定性，是高效电催化剂的理想材料。cu-bdc是mofs一个重要的亚类，由cu离子和bdc骨架组成，cu离子的多种价态使her反应容易发生。然而，cu-bdc的不良导电性限制了对her的性能。cu-bdc在质子交换膜(nafion膜)上的有效修饰是较好解决办法，然而mof的快速自成核使其难以在质子交换膜上形成均匀、结合紧密的薄膜，难以构建用于离子快速扩散的导电途径。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中nafion薄膜的her反应效率低，难以与mofs紧密结合形成均匀高效质子交换膜的问题，同时强化质子传导能力，本专利技术提供一种nafion与cu-bdc复
2、本专利技术提供的nafion与cu-bdc复合质子交换膜的制备方法，实现cu-bdc薄膜与nafion，薄膜紧密结合；具体步骤为：
3、(1)在nafion上原子层沉积(ald)zno纳米薄膜：
4、首先，将nafion薄膜通过乙醇和去离子水清洗，然后将其放入ald反应腔体中，nafion薄膜与腔体之间用铜网隔开；ald沉积zno纳米薄膜使用二乙基锌(dez)和去离子水作为前体脉冲源，沉积温度为80～200℃(优选沉积温度为80～150℃)，管路温度与沉积温度保持一致，脉冲源温度25～50℃，ald脉冲循环参数为：dez脉冲(10～100ms)，等待时间(0～100s)，氮气吹扫(5～100s)，h2o脉冲(10～100ms)，等待时间(0～100s)，氮气吹扫(5～100s)；nafion薄膜上沉积50～500次ald循环的zno纳米薄膜；
5、(2)nafion薄膜上生长cu-bdc层：
6、将硝酸锌溶解在n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、乙醇和去离子水的混合物中，形成溶液1，将对苯二甲酸溶解在dmf、乙醇和去离子水的混合物中，形成溶液2；将沉积了zno纳米薄膜的nafion薄膜转移至溶液1中，密封恒温反应12～24h；再逐滴加入溶液2，保证溶液2与溶液1的充分混合，将混合物再次密封恒温反应12～24h，得到nafion薄膜与cu-bdc的复合膜；然后取出复合膜，,用乙醇洗涤3～5次，将复合膜在60～80℃下真空干燥12～24h，即得到复合质子交换膜；制备过程如图1所示。
7、本专利技术中，所述dmf、乙醇和去离子水的质量浓度比例为10:0.5:1～20:3:1((10～20):(0.5～3):1)。
8、本专利技术中，所述溶液1中硝酸锌浓度为4～20mmol/l，溶液2中对苯二甲酸浓度为2～10mmol/l；优选溶液1中硝酸锌浓度为8mmol/l，溶液2中对苯二甲酸浓度为4mmol/l。
9、本专利技术中，所述的溶液1中硝酸锌浓度与溶液2中对苯二甲酸浓度比例为(1～3):1。
10、本专利技术中，所述的恒温环境温度为60～150℃，且两次温度保持一致，优选的恒定反应温度为80-90℃。
11、本专利技术制备得到cu-bdc与nafion复合质子交换膜，cu-bdc与nafion膜结合紧密，薄膜均匀，离子扩散导电通路稳定。
12、本专利技术所制备的复合质子交换膜具有优异的析氢性能，在10ma cm-2下84mv的过电位，58mv dec-1的tafel斜率，以及在1.0m naoh电解质中的良好稳定性(2000次循环和16h没有下降)。可以用于水解析氢反应的催化电极。
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1.一种Nafion与Cu-BDC复合质子交换膜的制备方法，其特征在于，实现Cu-BDC薄膜与Nafion薄膜紧密结合；具体步骤为：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述DMF、乙醇和去离子水的质量浓度比例为(10～20):(0.5～3):1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一溶液中硝酸锌浓度为4～20mmol/L，第二溶液中对苯二甲酸浓度为2～10mmol/L。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一溶液中硝酸锌浓度与第二溶液中对苯二甲酸浓度比例为(1～3):1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述恒温反应温度为60～150℃，且两次温度恒温反应保持一致。
6.一种由权利要求1-5之一所述制备方法得到的复合质子交换膜，其中，Cu-BDC薄膜与Nafion薄膜结合紧密，薄膜均匀，离子扩散导电通路稳定。
7.如权利要求6所述的复合质子交换膜作为水解析氢反应催化电极的应用。
【技术特征摘要】
1.一种nafion与cu-bdc复合质子交换膜的制备方法，其特征在于，实现cu-bdc薄膜与nafion薄膜紧密结合；具体步骤为：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述dmf、乙醇和去离子水的质量浓度比例为(10～20):(0.5～3):1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一溶液中硝酸锌浓度为4～20mmol/l，第二溶液中对苯二甲酸浓度为2～10mmol/l。
4.根据权利要求3所...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄高山，肖志家，赵哲，王金龙，梅永丰，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：
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