【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于燃料电池和质子交换膜制备，具体涉及一种杂化金属有机框架高温质子交换膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、传统化石能源会导致排放大量二氧化碳，造成环境污染问题。因此，需要寻找可代替传统化石能源的清洁能源。质子交换膜燃料电池能够高效的将化学能转化为电能，且几乎零排放，是一种代替化石能源的理想选择。
2、质子交换膜燃料电池分为低温质子交换膜燃料电池和高温质子交换膜燃料电池。相比低温质子交换膜燃料电池，高温质子交换膜燃料电池具有更高的一氧化碳耐受能力和更简单的水管理系统等优势。因此，高温质子交换膜燃料电池的开发备受关注。目前，高温质子交换膜通常采用固体酸和有机酸掺杂进聚合物等方法制备，但是其存在酸分子浸出难以长期保持稳定性、难以长期保持高电导率的不足，这限制了高温质子交换膜燃料电池的应用。因此，需要开发一种在保持稳定性的同时提高质子传导能力的高温质子交换膜。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的一些不足，本专利技术提供了一种杂化金属有机框架高温质子交换膜及其制备方法和应用；本专利技术以氢氧化锌前驱体膜作为金属源合成金属有机框架物薄膜，通过旋涂法将氯化胆碱：咪唑共熔体与氢氧化锌前驱体膜进行复合，得到所述杂化金属有机框架高温质子交换膜；本专利技术采用氢氧化锌前驱体膜承载氯化胆碱：咪唑共熔体，使得氯化胆碱：咪唑共熔体原位地复合到金属有机框架物的孔隙中，从而实现把氯化胆碱：咪唑共熔体封锁在金属有机框架薄膜内部、改性修饰内壁的效果；所述制备方法操作简单、耗能低、无污染，且
2、为了实现上述技术目的，本专利技术采用以下技术手段：
3、本专利技术首先提供了一种杂化金属有机框架高温质子交换膜，所述杂化金属有机框架高温质子交换膜为连续无裂缝的金属有机框架物薄膜；所述金属有机框架物为zif-8，金属有机框架物内部具有微孔结构，微孔结构中原位复合有氯化胆碱和咪唑共熔体。
4、本专利技术还提供了上述杂化金属有机框架高温质子交换膜的制备方法，具体包括如下步骤：
5、(1)将氯化胆碱和咪唑混合加热共熔，得到氯化胆碱：咪唑共熔体；
6、将氢氧化锌纳米线通过真空抽滤制备得到氢氧化锌前驱体膜；
7、(2)将氯化胆碱：咪唑共熔体和氢氧化锌前驱体膜通过旋涂法进行复合，得到氢氧化锌/氯化胆碱:咪唑共熔体复合膜；
8、(3)将氢氧化锌/氯化胆碱:咪唑共熔体复合膜在2-甲基咪唑高温蒸汽中原位反应，得到所述杂化金属有机框架高温质子交换膜。
9、优选地，步骤(1)中，所述氯化胆碱：咪唑共熔体中咪唑的摩尔占比为总摩尔量的65～80％；所述加热共熔的条件为在55～65℃下加热，直至形成无色澄清液体。
10、优选地，步骤(1)中，所述氢氧化锌纳米线通过以下方法制备得到：将乙醇胺水溶液加入硝酸锌水溶液中搅拌混合均匀，然后室温下静置，得到所述氢氧化锌纳米线。
11、优选地，所述乙醇胺溶液和硝酸锌溶液的溶剂均为乙醇和水的混合液，所述混合液中乙醇和水的体积比为2:3；
12、所述乙醇胺溶液浓度为1～2mmol/l；所述硝酸锌溶液浓度为3～5mmol/l；所述乙醇胺溶液和硝酸溶液的体积比为1:1；
13、所述室温下静置的之间为0.5～2h。
14、优选地，步骤(2)中，所述旋涂的条件为：先低速在150～550转/秒的条件下旋涂10～20s，然后高速在3000～5000转/秒的条件下旋涂30～90s；
15、所述氢氧化锌/氯化胆碱:咪唑共熔体复合膜中，氯化胆碱：咪唑共熔体的负载量为10～11wt％。
16、优选地，步骤(3)中，所述原位反应的条件为：在100～140℃的2-甲基咪唑高温蒸汽中反应18～30h。
17、本专利技术还提供了上述杂化金属有机框架高温质子交换膜在制备高温燃料电池中的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
18、(1)本专利技术将氯化胆碱:咪唑共熔体滴加在氢氧化锌前驱体膜上，通过旋涂进行复合，进而原位地将氯化胆碱:咪唑共熔体引入金属有机框架物薄膜孔隙内，实现了将氯化胆碱:咪唑共熔体封锁在金属有机框架物薄膜内部，改变其质子传导能力。本专利技术所述方法避免了配体修饰的复杂有机合成步骤，操作简单，耗能低，无污染，快速高效；能够在高温条件下保证客体分子不会溢出且保持极高的质子传导能力。
19、(2)本专利技术利用氢氧化锌前驱体膜作为金属源合成金属有机框架物薄膜，氢氧化锌前驱体膜可以先承载客体分子，然后生长成zif-8，通过zif-8的孔径把客体分子原位的封锁在zif-8膜内部。在金属有机框架物薄膜的合成过程中，可以通过氢氧化锌前驱体膜承载表面特定客体分子，可以使特定客体分子原位地复合到金属有机框架物的孔隙中，从而实现把客体分子封锁在金属有机框架薄膜内部，达到对其内壁进行改性修饰的效果，以实现在保持稳定性的情况下，具有极高的质子传导能力，其改性修饰提高质子传导的机理是，构建了连续的氢键提供更多的质子载体，有利于质子传输。
20、(3)本专利技术利用氢氧化锌前驱体膜作为金属源合成金属有机框架物薄膜，氢氧化锌前驱体膜可以先承载客体分子，然后生长成zif-8。与现有技术相比，本专利技术的合成方法生长出的zif-8孔道是纳米级别的，比现有有机膜孔道小，可以更好的封锁客体分子，质子载体很难扩散出来，从而提高稳定性，且具有极高的质子传导能力。
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1.一种杂化金属有机框架高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的杂化金属有机框架高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氯化胆碱：咪唑共熔体中咪唑的摩尔占比为总摩尔量的65～80％。
3.根据权利要求1所述的杂化金属有机框架高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述加热共熔的条件为在55～65℃下加热，直至形成无色澄清液体。
4.根据权利要求1所述的杂化金属有机框架高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氢氧化锌纳米线通过以下方法制备得到：将乙醇胺水溶液加入硝酸锌水溶液中搅拌混合均匀，然后室温下静置，得到所述氢氧化锌纳米线。
5.根据权利要求4所述的杂化金属有机框架高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述乙醇胺溶液和硝酸锌溶液的溶剂均为乙醇和水的混合液，所述混合液中乙醇和水的体积比为2:3；
6.根据权利要求1所述的杂化金属有机框架高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述旋涂的条件为：先低速在150～550转/秒的条件下旋涂10
7.根据权利要求1所述的杂化金属有机框架高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述氢氧化锌/氯化胆碱:咪唑共熔体复合膜中，氯化胆碱：咪唑共熔体的负载量为10～11wt％。
8.根据权利要求1所述的杂化金属有机框架高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述原位反应的条件为：在100～140℃的2-甲基咪唑高温蒸汽中反应18～30h。
9.根据权利要求1～8任一项所述方法制备的杂化金属有机框架高温质子交换膜，其特征在于，所述杂化金属有机框架高温质子交换膜为连续无裂缝的金属有机框架物薄膜；所述金属有机框架物为ZIF-8，金属有机框架物内部具有微孔结构，微孔结构中原位复合有氯化胆碱和咪唑共熔体。
10.权利要求9所述的杂化金属有机框架高温质子交换膜在制备高温燃料电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种杂化金属有机框架高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的杂化金属有机框架高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氯化胆碱：咪唑共熔体中咪唑的摩尔占比为总摩尔量的65～80％。
3.根据权利要求1所述的杂化金属有机框架高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述加热共熔的条件为在55～65℃下加热，直至形成无色澄清液体。
4.根据权利要求1所述的杂化金属有机框架高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氢氧化锌纳米线通过以下方法制备得到：将乙醇胺水溶液加入硝酸锌水溶液中搅拌混合均匀，然后室温下静置，得到所述氢氧化锌纳米线。
5.根据权利要求4所述的杂化金属有机框架高温质子交换膜的制备方法，其特征在于，所述乙醇胺溶液和硝酸锌溶液的溶剂均为乙醇和水的混合液，所述混合液中乙醇和水的体积比为2:3；
6.根据权利要求1所述的杂化金属有机框架高温质子交换膜的制备方法，其特...
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