專利名稱：質(zhì)子導(dǎo)電復(fù)合材料及其水熱處理制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種材料技術(shù)領(lǐng)域的復(fù)合材料及其制備方法，具體是一種質(zhì)子導(dǎo) 電復(fù)合材料及其水熱處理制備方法。
背景技術(shù)：
固態(tài)質(zhì)子傳導(dǎo)材料可作為燃料電池電、化學(xué)傳感器、以及超級(jí)電容等的電解質(zhì)材 料而應(yīng)用，因而受到人們的關(guān)注。質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物電解質(zhì)，主要是Naf ion膜，具有較高的質(zhì) 子傳導(dǎo)率和一定的化學(xué)、機(jī)械穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于低溫燃料電池。然而，Nafion膜價(jià)格昂貴、 熱穩(wěn)定性有限；高溫使用時(shí)，會(huì)引起嫁接的功能團(tuán)損失；由于是高氟聚合物，材料的循環(huán)利 用和廢棄處理困難，帶來環(huán)境負(fù)擔(dān)。質(zhì)子傳導(dǎo)無機(jī)玻璃和陶瓷材料，制備工藝簡單、成本低， 高低溫都有較好的操作性能，因此有望成為聚合物電解質(zhì)膜的替代品。采用溶膠-凝膠方法，可以制備具有質(zhì)子傳導(dǎo)性質(zhì)的多孔玻璃和多孔陶瓷 有機(jī)無機(jī)復(fù)合材料。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Daiko等人在《Microporous & MesoporousMateriels))(微孔介孔材料2004年第69期第149頁)上發(fā)表“Pore size effect onproton transfer in sol-gel porous silica，，(在溶膠 _ 7疑月交多孑L二氧化 硅中質(zhì)子傳導(dǎo)的孔尺寸影響)，報(bào)道了 400度燒結(jié)處理的二氧化硅玻璃，在50°C、相對(duì) 濕度 80 % 時(shí)，質(zhì)子傳導(dǎo)率為 2X1(T3S cnT1 ；F. M. Colomer 等人在《Electrochemical & Solid-StateLetters))(電化學(xué)固態(tài)快報(bào))(1999年第2期第313頁)上發(fā)表“Nanopore ceramicmembranes as novel electrolytes for proton exchange membranes，，(作為應(yīng) 用于質(zhì)子交換膜的新電解質(zhì)的納米孔陶瓷膜)，該文獻(xiàn)公開了 400度燒結(jié)處理的打02和八203 陶瓷膜在80°C、濕度81 %及92°C、濕度81 %條件下，質(zhì)子傳導(dǎo)率分別為3. 9X 10_3S cm—1和 2X10-3S.cm-1o玻璃、陶瓷中添加含磷成分，引入P0H基團(tuán)，能夠促進(jìn)質(zhì)子傳導(dǎo)。這是因?yàn)椋?與Si0H、Ti0H、A10H等基團(tuán)相比，P0H功能基團(tuán)更傾向于離子特征，孔壁表面具有更高酸性， 使得質(zhì)子更易從羥基基團(tuán)脫離并遷移，從而提高質(zhì)子傳導(dǎo)率。又經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，Nogami等人在 ((Advanced Materials》(先進(jìn)材料)(2000 年第 I2 第 13了0 頁)上發(fā)表“A sol-gel-derived class as a fuel cell electrolyte”(作為燃料電池電解質(zhì)的溶膠-凝膠制備的玻璃)， 報(bào)道了 700度燒結(jié)處理的P205-Si02玻璃在50°C和濕度70%時(shí)，電導(dǎo)率是2. 2X 10_2S cm_1。 Yamada 等人在《Journal of the American ChemicalSociety》(美國化學(xué)協(xié)會(huì)志)上發(fā) 表"A self-ordered, crystalline glass, mesoporousnanocomposite with high proton conductivity of 2xlCT2S cnT1 at intermediatetemperature，，(在中溫?fù)碛?2xlCT2S cnT1 高質(zhì)子傳導(dǎo)率的自規(guī)則結(jié)晶玻璃的介孔納米合成物)(2005年第127期第13092頁)，公開 7 P205-Ti02陶瓷在160°C、100%濕度時(shí)電導(dǎo)率為1. 6X10_2S cnT1。此外，Nogami等人在 ((Fuel Cells〉〉上發(fā)表了 "ProtonConducting Orginic-Glass Composites，，(有機(jī)物-玻 璃復(fù)合質(zhì)子導(dǎo)體)(2001年第一期第3頁)，報(bào)道了用“溶膠凝膠_高溫?zé)Y(jié)”的工藝制備 Nafion-磷硅玻璃復(fù)合質(zhì)子導(dǎo)體的方法。這種方法制備的Nafion-磷硅玻璃復(fù)合質(zhì)子導(dǎo)體 容易開裂，不易制備大面積質(zhì)子導(dǎo)體而且高溫?zé)Y(jié)的方法會(huì)損失質(zhì)子導(dǎo)體中的功能基團(tuán)，降低質(zhì)子傳導(dǎo)率。以上文獻(xiàn)中，公開的玻璃和陶瓷的質(zhì)子傳導(dǎo)率均遠(yuǎn)低于Nafion 膜，制備的 玻璃導(dǎo)體多為小塊顆?；蛘叻垠w。因此，質(zhì)子傳導(dǎo)玻璃和陶瓷的應(yīng)用受到極大限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種質(zhì)子導(dǎo)電復(fù)合材料及其水熱處理 制備方法。本發(fā)明采用水熱處理工藝，處理溶膠-凝膠法制備的凝膠，通過加速水解，去除 有機(jī)成分，在多孔磷硅玻璃表面形成豐富的羥基(0H)功能團(tuán)，促進(jìn)質(zhì)子傳導(dǎo)。同時(shí)，水熱處 理工藝能夠強(qiáng)化凝膠體結(jié)構(gòu)，提高其機(jī)械強(qiáng)度，防止玻璃體開裂。另外，通過加入磷酸引入 磷元素，與SiOH鍵相比，磷酸(P0(0H)3)中質(zhì)子的離子性更強(qiáng)且每個(gè)磷原子附有3個(gè)0H，能 夠作為質(zhì)子源提供更多質(zhì)子。獲得高質(zhì)子傳導(dǎo)率的Nafion-磷硅玻璃體材料。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明涉及質(zhì)子導(dǎo)電復(fù)合材料，其組分和摩爾比為金屬氧化物前驅(qū)體、去離子 水、有機(jī)溶劑、酸、添加劑為1 0.5 12 0 100 0 1 0 5;金屬氧化物前 驅(qū)體指硅醇鹽或硅醇鹽的化合物；有機(jī)溶劑是指甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、四氫呋喃等中的 一種或其組合；酸是指鹽酸、磷酸，硝酸，硫酸、醋酸，硼酸等中的一種或其組合；添加劑是 指表面活性劑和其他化合物。所述的金屬硅醇鹽包括正硅酸甲酯、正硅酸乙脂、甲基三甲氧基硅烷或二乙基二 乙氧基硅烷中的一種或其組合。所述的添加劑是Brij 56(SIGMA-ALDRICH)、Pluronic F127 (BASF)和乙酰丙酮中 的一種或幾種。本發(fā)明涉及如上所述的質(zhì)子導(dǎo)電復(fù)合材料的水熱處理制備方法，包括以下步驟第一步、將金屬氧化物前驅(qū)體、水、有機(jī)溶劑、酸、以及添加劑經(jīng)混合制成溶膠；第二步、將溶膠和Nafion溶液混合，攪拌均勻，然后向該混合物中加入磷酸，經(jīng)強(qiáng) 力攪拌后獲得均勻的混合溶膠；第三步、將溶膠澆注于容器中或基板上，溶膠固化成型制成凝膠體，然后對(duì)凝膠體 進(jìn)行水熱處理，制成質(zhì)子傳導(dǎo)材料。所述的Nafion是指一類商品名為Nafion的全氟磺酸膜；所述的磷酸是指磷酸，磷酸溶液，磷酸縮合的產(chǎn)物中的一種或者幾種；所述的混合溶膠是指溶膠、Nafion溶液、磷酸混合后的產(chǎn)物；所述的混合溶膠中，硅元素和磷元素的摩爾比為1 0. 01 1 ；所述的混合溶液中，硅元素和Nafion的質(zhì)量比為1 0. 2 8 ；所述的水熱處理是指將凝膠體保持在100°C -300°C、0. 1-40大氣壓的水蒸氣環(huán) 境中放置1小時(shí)到30天。本發(fā)明獲得的質(zhì)子傳導(dǎo)材料的質(zhì)子傳導(dǎo)率可以達(dá)到lCTScnT1量級(jí)以上，遠(yuǎn)高于以 前報(bào)道的Si02、p205-Si02和Nogami所報(bào)道的Nafion-磷硅玻璃在1()-4-1()-2 ScnT1量級(jí)之間 的質(zhì)子傳導(dǎo)率。在一定條件下甚至高于Nafion膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率。該質(zhì)子傳導(dǎo)材料可用于 燃料電池、電化學(xué)傳感器、超級(jí)電容等領(lǐng)域。


圖1實(shí)施例1制備的Nafion-磷硅玻璃質(zhì)子導(dǎo)電材料的光學(xué)照片。圖2實(shí)施例1制備的Nafion-磷硅玻璃質(zhì)子導(dǎo)體的質(zhì)子傳導(dǎo)率與相對(duì)濕度的關(guān)系。圖3實(shí)施例1制備的Nafion-磷硅玻璃質(zhì)子導(dǎo)體的質(zhì)子傳導(dǎo)率與溫度的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。實(shí)施例1 采用溶膠-凝膠法進(jìn)行材料制備首先將正硅酸乙酯、去離子水和鹽酸按照 1:4: 4X10—3摩爾比在室溫強(qiáng)烈攪拌30分鐘。然后按照正硅酸乙酯中Si Nafion = 1.2 1的質(zhì)量百分比，向溶液中緩慢加入Nafion溶液(Aldrich, 5wt. %溶液)，攪拌20分 鐘。按照Si P = 7 3的摩爾百分比，向溶液中加入85%的磷酸水溶液。得到的溶膠倒入培養(yǎng)皿中，在室溫環(huán)境下轉(zhuǎn)化至凝膠制成凝膠體，將得到的凝 膠體置于加熱箱中，在1大氣壓水蒸氣條件下于100°c保溫24小時(shí)，獲得本發(fā)明所述的 Nafion-磷硅玻璃質(zhì)子傳導(dǎo)材料。實(shí)施例2 采用溶膠-凝膠法進(jìn)行材料制備首先將正硅酸乙酯、去離子水和鹽酸按照 1 0.5 0摩爾比在室溫強(qiáng)烈攪拌30分鐘。然后按照正硅酸乙酯中Si Nafion = 1 8 的質(zhì)量百分比，向溶液中緩慢加入Nafion溶液(Aldrich, 5wt. %溶液)，攪拌20分鐘。按 照Si P = 1 0.01的摩爾百分比，向溶液中加入85%的磷酸水溶液。得到的溶膠倒入培養(yǎng)皿中，在室溫環(huán)境下轉(zhuǎn)化至凝膠制成凝膠體，將得到的凝膠 體置于高壓釜中，在6大氣壓水蒸氣條件下于150°C保溫5小時(shí)。獲得的Nafion _磷硅玻璃質(zhì)子傳導(dǎo)材料的性能與實(shí)施例1類似。實(shí)施例3:采用溶膠-凝膠法進(jìn)行材料制備首先將正硅酸乙酯、去離子水、鹽酸和 PluroniCF127(BASF)按照1 12 1 0. 1摩爾比在室溫強(qiáng)烈攪拌30分鐘。然后按照正硅 酸乙酯中Si Nafion = 1 0. 2的質(zhì)量百分比，向溶液中緩慢加入Naf ion溶液(Aldrich, 5wt. %溶液)，攪拌20分鐘。按照Si P = 7 3的摩爾百分比，向溶液中加入85%的磷 酸水溶液。得到的溶膠倒入培養(yǎng)皿中，在室溫環(huán)境下轉(zhuǎn)化至凝膠制成凝膠體，將得到的凝膠 體置于加熱箱中，在1大氣壓水蒸氣條件下于100°c保溫360小時(shí)。獲得的Nafion _磷硅玻璃質(zhì)子傳導(dǎo)材料的性能與實(shí)施例1類似。實(shí)施例4 采用溶膠-凝膠法進(jìn)行材料制備首先將正硅酸乙酯、去離子水、鹽酸和Brij 56 (SIGMA-ALDRICH)按照1 0. 5 4X 10_3摩爾比在室溫強(qiáng)烈攪拌30分鐘。然后按照正 硅酸乙酯中Si Nafion = 1 1的質(zhì)量百分比，向溶液中緩慢加入Nafion溶液(Aldrich， 5wt. %溶液)，攪拌20分鐘。按照Si P = 9 1的摩爾百分比，向溶液中加入85%的磷酸水溶液。得到的溶膠倒入培養(yǎng)皿中，在室溫環(huán)境下轉(zhuǎn)化至凝膠制成凝膠體，將得到的凝膠 體置于加熱箱中，在1大氣壓水蒸氣條件下于100°C保溫20小時(shí)。獲得的Nafion _磷硅玻璃質(zhì)子傳導(dǎo)材料的性能與實(shí)施例1類似。實(shí)施例5 采用溶膠-凝膠法進(jìn)行材料制備首先將正硅酸乙酯、去離子水和鹽酸按照 1:1: 4X10—3摩爾比在室溫強(qiáng)烈攪拌30分鐘。然后按照正硅酸乙酯中Si Nafion = 1 3的質(zhì)量百分比，向溶液中緩慢加入Nafion溶液(Aldrich，5wt. %溶液)，攪拌20分 鐘。按照Si P = 1 0.01的摩爾百分比，向溶液中加入85%的磷酸水溶液。得到的溶膠倒入培養(yǎng)皿中，在室溫環(huán)境下轉(zhuǎn)化至凝膠制成凝膠體，將得到的凝膠 體置于加熱箱中，在1大氣壓水蒸氣條件下于100°c保溫100小時(shí)。獲得的Nafion _磷硅玻璃質(zhì)子傳導(dǎo)材料的性能與實(shí)施例1類似。實(shí)施例6 采用溶膠-凝膠法進(jìn)行材料制備首先將正硅酸乙酯、去離子水和鹽酸按照 1:1: 4X10—3摩爾比在室溫強(qiáng)烈攪拌30分鐘。然后按照正硅酸乙酯中Si Nafion = 1 2的質(zhì)量百分比，向溶液中緩慢加入Nafion溶液(Aldrich，5wt. %溶液)，攪拌20分 鐘。按照Si P = 1 1的摩爾百分比，向溶液中加入85%的磷酸水溶液。得到的溶膠倒入培養(yǎng)皿中，在室溫環(huán)境下轉(zhuǎn)化至凝膠制成凝膠體，將得到的凝膠 體置于加熱箱中，在1大氣壓水蒸氣條件下于100°c保溫8小時(shí)。獲得的Nafion _磷硅玻璃質(zhì)子傳導(dǎo)材料的性能與實(shí)施例1類似。實(shí)施例7 采用溶膠-凝膠法進(jìn)行材料制備首先將正硅酸甲酯、去離子水和鹽酸按照 1:1: 4X10—3摩爾比在室溫強(qiáng)烈攪拌30分鐘。然后按照正硅酸乙酯中Si Nafion = 1 1.2的質(zhì)量百分比，向溶液中緩慢加入Nafion溶液(Aldrich, 5wt. %溶液)，攪拌20分 鐘。按照Si P = 7 3的摩爾百分比，向溶液中加入85%的磷酸水溶液。得到的溶膠倒入培養(yǎng)皿中，在室溫環(huán)境下轉(zhuǎn)化至凝膠制成凝膠體，將得到的凝膠 體置于加熱箱中，在1大氣壓水蒸氣條件下于100°c保溫12小時(shí)。獲得的Nafion _磷硅玻璃質(zhì)子傳導(dǎo)材料的性能與實(shí)施例1類似。實(shí)施例8:采用溶膠-凝膠法進(jìn)行材料制備首先將正硅酸甲酯、去離子水、乙醇和鹽酸按照 1 1 10 4X10—3摩爾比在室溫強(qiáng)烈攪拌30分鐘。然后按照正硅酸乙酯中Si Nafion =1 1.2的質(zhì)量百分比，向溶液中緩慢加入Nafion溶液(Aldrich, 5wt. %溶液)，攪拌20 分鐘。按照Si P = 7 3的摩爾百分比，向溶液中加入85%的磷酸水溶液。得到的溶膠倒入培養(yǎng)皿中，在室溫環(huán)境下轉(zhuǎn)化至凝膠制成凝膠體，將得到的凝膠 體置于加熱箱中，在1大氣壓水蒸氣條件下于100°c保溫8小時(shí)。獲得的Nafion _磷硅玻璃質(zhì)子傳導(dǎo)材料的性能與實(shí)施例1類似。實(shí)施例性能測試樣品的相片用數(shù)碼相機(jī)(DSC-W50，Sony)拍照。質(zhì)子導(dǎo)電率測試樣品制備在樣 品上濺射金電極，連接樣品的導(dǎo)線為Au導(dǎo)線。電導(dǎo)率用阻抗譜儀(SI-1260，Solartron)測試，交流電壓為10mV，測試在恒溫恒濕箱中進(jìn)行。圖1是按照實(shí)施例1制備的Nafion-磷硅玻璃質(zhì)子導(dǎo)體的光學(xué)照片。從圖1可以 看到，采用水熱處理的方法可以得到不開裂的Nafion-磷硅玻璃質(zhì)子導(dǎo)體。通過水熱處理 的方法，在較低的溫度下使得硅脂鍵充分水解，從而在微孔的表面形成更多的硅羥基，促進(jìn) 質(zhì)子的快速躍遷。硅脂鍵的徹底水解有助于玻璃基體、磷酸和Nafion之間的進(jìn)一步相互作 用，可以提高復(fù)合質(zhì)子導(dǎo)體的力學(xué)性能和穩(wěn)定性，防止玻璃體開裂。通過在不同濕度下的質(zhì)子導(dǎo)電率測試，我們得到了按照實(shí)施例1制備的 Nafion-磷硅玻璃質(zhì)子導(dǎo)體的質(zhì)子傳導(dǎo)率與相對(duì)濕度的關(guān)系。(圖2)結(jié)果顯示，50°C時(shí)，在 較低的相對(duì)濕度下(20%)，Naf ion-磷硅玻璃質(zhì)子導(dǎo)體具有較高的質(zhì)子傳導(dǎo)率(10_2S/cm)； 當(dāng)相對(duì)濕度上升到90%時(shí)，質(zhì)子導(dǎo)電率隨之增加，并且可以達(dá)到0. lS/cm。在相對(duì)濕度從 20%增加到90%的過程中，質(zhì)子導(dǎo)電率的變化范圍在1個(gè)數(shù)量級(jí)以內(nèi)，表現(xiàn)出了優(yōu)越的質(zhì) 子傳導(dǎo)的穩(wěn)定性。圖3是按照實(shí)施例1制備的Nafion-磷硅玻璃質(zhì)子導(dǎo)體的質(zhì)子傳導(dǎo)率與溫度的關(guān) 系。從圖中我們可以看到，這種通過水熱處理制備的Nafion-磷硅玻璃質(zhì)子導(dǎo)體在30°C、 70 %的相對(duì)濕度下，質(zhì)子導(dǎo)電率可以達(dá)到6 X 10_2S/cm，當(dāng)溫度上升到80°C時(shí)，質(zhì)子導(dǎo)電率 可以達(dá)到0. 14S/cm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了 Nogami等報(bào)道的用傳統(tǒng)的熱處理工藝得到的Naf ion-磷硅 玻璃質(zhì)子導(dǎo)體的電導(dǎo)率(約5X10_2S/cm)。本實(shí)施例通過溶膠-凝膠法和水熱處理工藝，獲得高質(zhì)子傳導(dǎo)率的Nafion-磷硅 玻璃質(zhì)子導(dǎo)體。水熱處理使得多孔玻璃、陶瓷表面形成密集的羥基功能團(tuán)，磷酸進(jìn)一步提供 足夠多的P0H等含羥基功能團(tuán)，獲得高質(zhì)子傳導(dǎo)率。并且水熱處理的工藝可以防止玻璃體 開裂，從而使Nafion-磷硅玻璃質(zhì)子導(dǎo)體在燃料電池，傳感器等方面的的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。
權(quán)利要求
一種質(zhì)子導(dǎo)電復(fù)合材料，其特征在于，其組分和摩爾比為金屬氧化物前驅(qū)體、去離子水、有機(jī)溶劑、酸、添加劑為1∶0.5～12∶0～100∶0～1∶0～5；金屬氧化物前驅(qū)體指硅醇鹽或硅醇鹽的化合物；有機(jī)溶劑是指甲醇、乙醇、丙醇、丙酮、四氫呋喃等中的一種或其組合；酸是指鹽酸、磷酸，硝酸，硫酸、醋酸，硼酸等中的一種或其組合；添加劑是指表面活性劑和其他化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子導(dǎo)電復(fù)合材料，其特征是，所述的金屬硅醇鹽包括正硅 酸甲酯、正硅酸乙脂、甲基三甲氧基硅烷或二乙基二乙氧基硅烷中的一種或其組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子導(dǎo)電復(fù)合材料的水熱處理制備方法，其特征是，所述的 磷酸是指磷酸縮合的產(chǎn)物中的一種或者幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子導(dǎo)電復(fù)合材料，其特征是，所述的添加劑是Brij56、 Pluronic F127和乙酰丙酮中的一種或幾種。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)子導(dǎo)電復(fù)合材料的水熱處理制備方法，其特征在于， 包括以下步驟第一步、將金屬氧化物前驅(qū)體、水、有機(jī)溶劑、酸、以及添加劑經(jīng)混合制成溶膠；第二步、將溶膠和Nafion溶液混合，攪拌均勻，然后向該混合物中加入磷酸，經(jīng)強(qiáng)力攪 拌后獲得均勻的混合溶膠；第三步、將溶膠澆注于容器中或基板上，溶膠固化成型制成凝膠體，然后對(duì)凝膠體進(jìn)行 水熱處理，制成質(zhì)子傳導(dǎo)材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的質(zhì)子導(dǎo)電復(fù)合材料的水熱處理制備方法，其特征是，所述的 Nafion是指一類商品名為Nafion的全氟磺酸膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的質(zhì)子導(dǎo)電復(fù)合材料的水熱處理制備方法，其特征是，所述的 混合溶膠是指溶膠、Nafion溶液、磷酸混合后的產(chǎn)物。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或者7所述的質(zhì)子導(dǎo)電復(fù)合材料的水熱處理制備方法，其特征是，所 述的混合溶膠中，硅元素和磷元素的摩爾比為1 0.01 1。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的質(zhì)子導(dǎo)電復(fù)合材料的水熱處理制備方法，其特征是，所述的 混合溶液中，硅元素和Nafion的質(zhì)量比為1 0. 2 8。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的質(zhì)子導(dǎo)電復(fù)合材料的水熱處理制備方法，其特征是，所述的 水熱處理是指將凝膠體保持在100°c -300°c、0. 1-40大氣壓的水蒸氣環(huán)境中放置1小時(shí) 到30天。
全文摘要
一種材料技術(shù)領(lǐng)域的質(zhì)子導(dǎo)電復(fù)合材料及其水熱處理制備方法。質(zhì)子導(dǎo)電復(fù)合材料組分和摩爾比為金屬氧化物前驅(qū)體、去離子水、有機(jī)溶劑、酸、添加劑為1∶0.5～12∶0～100∶0～1∶0～5；水熱處理制備方法包括將金屬氧化物前驅(qū)體、水、有機(jī)溶劑、酸、以及添加劑經(jīng)混合制成溶膠；將溶膠和Nafion溶液混合，攪拌均勻，然后向該混合物中加入磷酸，經(jīng)強(qiáng)力攪拌后獲得均勻的混合溶膠；將溶膠澆注于容器中或基板上，溶膠固化成型制成凝膠體，然后對(duì)凝膠體進(jìn)行水熱處理，制成質(zhì)子傳導(dǎo)材料。本發(fā)明獲得的質(zhì)子傳導(dǎo)材料的質(zhì)子傳導(dǎo)率可以達(dá)到10-1Scm-1量級(jí)以上，甚至高于Nafion膜的質(zhì)子傳導(dǎo)率。該質(zhì)子傳導(dǎo)材料可用于燃料電池、電化學(xué)傳感器、超級(jí)電容等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01B1/00GK101798177SQ20101013496
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者李海濱, 蔣峰景, 邸志剛 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)