本发明属于质子交换膜燃料电池技术领域，具体涉及一种在质子交换膜中构建高效质子传递通道的方法。
背景技术
燃料电池是一种清洁能源装置，具有能量装换率高和清洁无污染等特点。质子交换膜是质子交换膜燃料电池的关键部件之一，但商业化的nafion系列质子交换膜存在造价昂贵、燃料渗透严重、高温和低湿环境下电导率大幅下降等缺点，采用廉价的磺化芳香族聚合物质子交换膜替代nafion成为目前的研究热点。
磺化芳香族聚合物质子交换膜具有价格便宜、机械性能高、热稳定性好和阻止燃料穿梭性能优良等优点，但存在亲水/疏水相分离不明显和质子导电性低的缺点。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种在质子交换膜构建高效质子传递通道的方法。
为解决上述技术问题，本发明的实施例采用的技术方案是一种在质子交换膜中构建高效质子传递通道的方法，在磺化芳香族聚合物上接枝疏水支链，然后将接枝后的磺化芳香族聚合物浇注成膜，脱膜洗涤后得到具有高效质子传递通道的质子交换膜。
优选地，所述在质子交换膜中构建高效质子传递通道的方法，具体包括以下步骤：
(1)制备磺化芳香族聚合物；
(2)将干燥的磺化芳香族聚合物溶于溶剂中，加入催化剂搅拌后加入待接枝的化合物，加热反应，反应完成后洗涤过滤，取滤饼干燥得到接枝疏水支链的磺化芳香族聚合物；
(3)将接枝疏水支链的磺化芳香族聚合物溶解在溶剂中，浇注成膜并加热干燥，脱膜后浸入酸性溶液中酸化，酸化后用水洗涤得到含有高效质子传递通道的质子交换膜。
优选地，所述磺化芳香族聚合物为磺化聚醚醚酮、磺化聚醚砜、磺化聚酰胺或磺化聚酰亚胺等磺化芳香族聚合物。
优选地，所述疏水支链为柔性、刚性或分叉的疏水支链。
优选地，所述待接枝的化合物为正己胺、苯胺、三苯甲胺或3,3-二苯基丙胺等一元胺。
与相关技术比较，本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的在质子交换膜中构建高效质子传递通道的方法，在磺化芳香族聚合物上接枝疏水支链，然后将接枝后的磺化芳香族聚合物浇注成膜，脱膜洗涤后得到具有高效质子传递通道的质子交换膜；利用疏水支链的高可移动性，促进成膜过程中的亲水/疏水相分离，从而提高薄膜的质子导电性。
附图说明
图1是本发明实施例在质子交换膜中构建高效质子传递通道的方法流程图；
图2是本发明实施例方法构建高效质子传递通道的疏水正己胺接枝磺化聚醚醚酮膜与未接枝疏水支链的磺化聚醚醚酮膜的质子导电性比较示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
实施例一
本发明的实施例提供了一种在质子交换膜中构建高效质子传递通道的方法，在磺化芳香族聚合物上接枝疏水支链，然后将接枝后的磺化芳香族聚合物浇注成膜，脱膜洗涤后得到具有高效质子传递通道的质子交换膜。所述疏水支链为柔性、刚性或分叉的疏水支链。本发明实施例制备具有高效质子传递通道的质子交换膜，解决了磺化芳香族聚合物质子导电性低的问题；采用原料价格便宜，聚合物制备过程简便，可以实现商业化应用。
参照附图1，进一步地，在质子交换膜中构建高效质子传递通道的方法，具体包括以下步骤：
(1)制备磺化芳香族聚合物；磺化芳香族聚合物为磺化聚醚醚酮、磺化聚醚砜、磺化聚酰胺或磺化聚酰亚胺等磺化芳香族聚合物；
(2)将干燥的磺化芳香族聚合物溶于溶剂中，加入催化剂搅拌后加入待接枝的化合物，加热反应，反应完成后洗涤过滤，取滤饼干燥得到接枝疏水支链的磺化芳香族聚合物；溶剂、催化剂及反应温度、时间均根据不同的磺化芳香族化合物确定具体数值；所述待接枝的化合物为正己胺、苯胺、三苯甲胺或3,3-二苯基丙胺等等一元胺；
(3)将接枝疏水支链的磺化芳香族聚合物溶解在溶剂中，浇注成膜并加热干燥，脱膜后浸入酸性溶液中酸化，酸化后用水洗涤得到含有高效质子传递通道的质子交换膜。
进一步地，所述步骤(2)中，接枝疏水支链的磺化芳香族聚合物的接枝度为10％～50％。
实施例二
根据本发明实施例一的方法构建高效质子传递通道的质子交换膜，具体包括以下步骤：
(1)制备磺化聚醚醚酮；
具体地，将干燥的聚醚醚酮颗粒和浓硫酸加入到烧瓶中，在30℃下机械搅拌6小时，然后升温至50℃继续反应3小时，将反应产物倒入冰水中终止反应，用超纯水洗涤至溶液ph值为中性，产物在100℃下干燥24小时，得到一定磺化度的磺化聚醚醚酮；可以通过调节反应温度和时间获得不同磺化度的磺化聚醚醚酮，磺化度的范围为50％～80％；
(2)将干燥的磺化聚醚醚酮溶解在二甲亚砜(dmso)中，加入适量n,n'-羰基二咪唑催化剂，在60℃下搅拌3小时后加入适量的正己胺，在60℃下反应3小时，使氨基和磺酸根发生反应，反应结束，将溶液倒入水中得到沉淀，用水洗涤多次，在100℃下干燥24小时，得到含正己胺疏水支链的磺化聚醚醚酮；疏水支链接枝度可以通过调节n,n'-羰基二咪唑和正己胺添加量控制；
(3)将含正己胺疏水支链的磺化聚醚醚酮溶解在dmso中，浇注成膜，在100℃下干燥24小时，脱膜，浸入1mol/l硫酸溶液中酸化，用超纯水洗涤多次，得到含有高效质子传递通道的疏水正己胺接枝的磺化聚醚醚酮质子交换膜。其余同实施例一。
本发明实施例构建含有高效质子传递通道的疏水正己胺接枝的磺化聚醚醚酮质子交换膜的过程如下反应式所示；
本发明实施例方法构建高效质子传递通道的疏水正己胺接枝磺化聚醚醚酮膜与未接枝疏水支链的磺化聚醚醚酮膜的离子交换容量与质子导电性比较见表1。
表1本发明实施例的质子交换膜与未接枝的磺化聚醚醚酮膜比较
从表1中看出，本发明在质子交换膜中构建了高效质子传递通道，在相近离子交换容量下，接枝疏水支链膜具有更高的质子导电性。
参照附图2，本发明实施例方法构建高效质子传递通道的疏水正己胺接枝磺化聚醚醚酮膜与未接枝疏水支链的磺化聚醚醚酮膜比较可看出，本发明实施例的疏水正己胺接枝的磺化聚醚醚酮膜质子导电性明显大于未接枝疏水支链的磺化聚醚醚酮膜。利用疏水支链的高可移动性，促进成膜过程中的亲水/疏水相分离，在质子交换膜中构建高效质子传递通道，从而提高薄膜的质子导电性。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。