一種基于接枝二氧化鈦納米管聚電解質(zhì)刷的質(zhì)子導(dǎo)體的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于接枝二氧化鈦納米管聚電解質(zhì)刷的質(zhì)子導(dǎo)體的制備方法，它包括以下步驟：1）將TiO2納米管加入到反應(yīng)容器中，在反應(yīng)容器中加入三乙胺，然后在N2保護下加入偶氮類引發(fā)劑溶液，室溫條件下攪拌，然后將反應(yīng)好的產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到離心管中，洗滌，最后將離心管中的下層沉淀物轉(zhuǎn)移后烘干，烘干后的產(chǎn)物為引發(fā)劑錨固在TiO2納米管表面的產(chǎn)物；2）將TiO2納米管-引發(fā)劑產(chǎn)物加入到反應(yīng)容器中，然后加入含碳碳雙鍵的電解質(zhì)單體，經(jīng)過多次循環(huán)的冷凍-解凍的方式除去里面的空氣，將除去空氣后的混合液進行自由基聚合反應(yīng)，對反應(yīng)后的產(chǎn)物進行后處理即得最終產(chǎn)物。該電解質(zhì)刷單位體積內(nèi)離子基團較多，膜的保水性較好，在低濕度下會呈現(xiàn)較高的質(zhì)子傳導(dǎo)率。
【專利說明】一種基于接枝二氧化鈦納米管聚電解質(zhì)刷的質(zhì)子導(dǎo)體的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新能源材料領(lǐng)域，尤其涉及一種基于接枝二氧化鈦納米管聚電解質(zhì)刷的質(zhì)子導(dǎo)體的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)由于具有高的能量轉(zhuǎn)換效率、啟動時無噪音、對環(huán)境友好這些方面的優(yōu)勢，將有望作為新的清潔能源應(yīng)用于電動汽車、備用電源等領(lǐng)域。提高燃料電池的工作溫度則可以改善散熱效率低、消除兩相流的影響，進而降低系統(tǒng)的復(fù)雜性。而且，高溫運行有望使得非Pt系催化劑得到應(yīng)用。目前普遍使用的質(zhì)子交換膜材料是由杜邦公司生產(chǎn)的全氟磺酸樹脂(Naf ion)。全氟磺酸樹脂有其自身的缺陷:1)制造成本高；2)對水的高度依賴性，限制了其進一步的應(yīng)用，尤其是在高溫下的應(yīng)用前景。為了降低成本，使質(zhì)子交換膜燃料電池能夠真正產(chǎn)業(yè)化，研究者正致力于研究一種成本低、性能好的新型聚電解質(zhì)。
[0003]在以往的研究中，我們已經(jīng)得知具有納米結(jié)構(gòu)形態(tài)的材料在質(zhì)子傳導(dǎo)中起著關(guān)鍵的作用。而TiO2納米管由于具有以下幾方面的優(yōu)勢:1)大的比表面積；2)表面有大量的羥基；3)Ti02納米管具有納米尺寸的內(nèi)徑，這種特殊的微觀結(jié)構(gòu)會有較強的毛細力的作用，從而可以增加材料的保水能力；4)在低濕狀態(tài)下，TiO2納米管表面化學(xué)吸附的水分子能夠進行轉(zhuǎn)移，這些優(yōu)勢使得TiO2納米管適合做質(zhì)子交換膜的基體材料。但是由于二氧化鈦本身的質(zhì)子傳導(dǎo)能力較小，因此，必須在二氧化鈦納米管基體材料表面填充高溫質(zhì)子傳導(dǎo)聚電解質(zhì)才能提高膜的質(zhì)子傳導(dǎo)能力。同時，聚電解質(zhì)的有效填充也可以起到分隔燃料電池陰陽兩側(cè)反應(yīng)氣體的作用。故如何使聚電解質(zhì)填充并同時使膜的質(zhì)子傳導(dǎo)能力增強成為人們的研究熱點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種質(zhì)子傳導(dǎo)率較高的基于接枝二氧化鈦納米管聚電解質(zhì)刷的質(zhì)子導(dǎo)體的制備方法。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的方案為:
[0006]一種基于接枝二氧化鈦納米管聚電解質(zhì)刷的質(zhì)子導(dǎo)體的制備方法，其特征在于，它包括以下步驟:
[0007]I)將TiO2納米管加入到反應(yīng)容器中，在反應(yīng)容器中加入三乙胺，然后在N2保護下加入濃度為0.1?15mmol/L的偶氮類引發(fā)劑溶液，室溫條件下攪拌反應(yīng)，然后將反應(yīng)好的產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到離心管中，洗滌，最后將離心管中的下層沉淀物轉(zhuǎn)移后烘干，烘干后的產(chǎn)物為引發(fā)劑錨固在TiO2納米管表面后的產(chǎn)物；
[0008]2)將TiO2納米管-引發(fā)劑產(chǎn)物加入到反應(yīng)容器中，然后加入含碳碳雙鍵的電解質(zhì)單體，經(jīng)過多次循環(huán)的冷凍-解凍的方式除去里面的空氣，將除去空氣后的混合液在60°C氮氣保護下進行自由基聚合反應(yīng)I~6h，對反應(yīng)后的產(chǎn)物進行烘干和研磨，然后將產(chǎn)物放在索氏提取器中用相應(yīng)溶劑抽提，再將產(chǎn)物洗滌，冷凍干燥即得最終產(chǎn)物。
[0009]上述方案中，所述步驟I)中的偶氮類引發(fā)劑的結(jié)構(gòu)式如下:
[0010]
【權(quán)利要求】
1.一種基于接枝二氧化鈦納米管聚電解質(zhì)刷的質(zhì)子導(dǎo)體的制備方法，其特征在于，它包括以下步驟: 1)將TiO2納米管加入到反應(yīng)容器中，在反應(yīng)容器中加入三乙胺，然后在N2保護下加入濃度為0.1~15mmol/L的偶氮類引發(fā)劑溶液，室溫條件下攪拌反應(yīng)，然后將反應(yīng)好的產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到離心管中，洗滌，最后將離心管中的下層沉淀物轉(zhuǎn)移后烘干，烘干后的產(chǎn)物為引發(fā)劑錨固在TiO2納米管表面后的產(chǎn)物； 2)將TiO2納米管-引發(fā)劑產(chǎn)物加入到反應(yīng)容器中，然后加入含碳碳雙鍵的電解質(zhì)單體，經(jīng)過多次循環(huán)的冷凍-解凍的方式除去里面的空氣，將除去空氣后的混合液在60°C氮氣保護下進行自由基聚合反應(yīng)I~6h，對反應(yīng)后的產(chǎn)物進行烘干和研磨，然后將產(chǎn)物放在索氏提取器中用相應(yīng)溶劑抽提，再將產(chǎn)物洗滌，冷凍干燥即得最終產(chǎn)物。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟I)中的偶氮類引發(fā)劑的結(jié)構(gòu)式如下:
3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟I)中每克二氧化鈦納米管對應(yīng)的三乙胺體積為:0.5~2mL ;所述步驟2)中每克TiO2-引發(fā)劑產(chǎn)物對應(yīng)單體的用量為1 ~IOOmmol ο
4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中出現(xiàn)的烘干溫度均為75℃。
5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的含碳碳雙鍵的電解質(zhì)單體包括含雙鍵的磺酸、羧酸或胺類化合物。
6.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述二氧化鈦納米管的內(nèi)徑為2~IOnm,管壁厚為I~3nm。
【文檔編號】C08F292/00GK103833943SQ201410098894
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】張海寧, 馮軍, 黃亞琴 申請人:武漢理工大學(xué)