[發明專利]質子導電玻璃材料及其水熱處理制備方法

無效

• 申請號: 201010134658.3
• 申請日: 2010-03-30
• 公開（公告）號: CN101786793A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 李海濱;蔣峰景;邸志剛
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C03C4/14
• 分類號: C03C4/14;C03B19/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種材料技術領域的玻璃及其制備方法，具體是一種質子導電玻璃材料及其水熱處理制備方法。

背景技術

固態質子傳導材料可作為燃料電池電、化學傳感器、以及超級電容等的電解質材料而應用，因而受到人們的關注。質子傳導聚合物電解質，主要是Nafion膜，具有較高的質子傳導率和一定的化學、機械穩定性，廣泛應用于低溫燃料電池。然而，Nafion膜價格昂貴、熱穩定性有限；高溫使用時，會引起嫁接的功能團損失；由于是高氟聚合物，材料的循環利用和廢棄處理困難，帶來環境負擔。質子傳導無機玻璃和陶瓷材料，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膜的替代品。

采用溶膠-凝膠方法，可以制備具有質子傳導性質的多孔玻璃和多孔陶瓷材料，其質子傳導機理是，質子從孔表面羥基分離，與吸附的水形成團簇離子，通過在羥基和水分子之間跳躍，進行質子傳導。與Nafion膜相比，多孔玻璃、多孔陶瓷的的質子傳導率通常較低，這是制約其應用的一個關鍵技術難題。

經對現有技術文獻檢索發現，Daiko等人在《Microporous?&?Mesoporous?Materiels》(微孔介孔材料2004年第69期第149頁)上發表“Pore?size?effect?on?proton?transfer?insol-gel?porous?silica”(在溶膠-凝膠多孔二氧化硅中質子傳導的孔尺寸影響)，報道了400度燒結處理的二氧化硅玻璃，在50℃、相對濕度80％時，質子傳導率為2×10^-3S·cm^-1；F.M.Colomer等人在《Electrochemical?&?Solid-State?Letters》(電化學固態快報)(1999年第2期第313頁)上發表“Nanopore?ceramic?membranes?as?novel?electrolytes?for?proton?exchangemembranes”(作為應用于質子交換膜的新電解質的納米孔陶瓷膜)，該文獻公開了400度燒結處理的TiO₂和A₂O₃陶瓷膜在80℃、濕度81％及92℃、濕度81％條件下，質子傳導率分別為3.9×10^-3S·cm^-1和2×10^-3S·cm^-1。玻璃、陶瓷中添加含磷成分，引入POH基團，能夠促進質子傳導。這是因為，與SiOH、TiOH、AlOH等基團相比，POH功能基團更傾向于離子特征，孔壁表面具有更高酸性，使得質子更易從羥基基團脫離并遷移，從而提高質子傳導率。