[發明專利]磺化的氧化石墨烯-二氧化硅復合物/聚合物雜化質子交換膜及其制備方法

無效

• 申請號: 201310424241.4
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103474681A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 馮凱;湯蓓蓓;武培怡
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01M8/02
• 分類號: H01M8/02;H01M8/10;C08L27/18;C08L61/16;C08L79/04;C08L79/08;C08K9/06;C08K3/04;C08K3/36;C08J5/22;C08J7/12;C08J7/14
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

1.一種磺化的氧化石墨烯-二氧化硅復合物/聚合物雜化質子交換膜，其特征在于：本質子交換膜中具有二維片層狀的磺化的氧化石墨烯-二氧化硅復合物，因其和聚合物基體之間存在著較強的相互作用力，而使得該復合物在所制備得到的雜化質子交換膜基體中擁有極佳的分散性。

2.一種磺化的氧化石墨烯-二氧化硅復合物/聚合物雜化質子交換膜的制備方法，其特征在于具體步驟為：

（1）將氧化石墨烯GO和二環己基碳二亞胺DCC按質量比為2:1分散于3-氨丙基三乙氧基硅烷APTS中并超聲直至得到均勻的分散液；再在攪拌的情況下置于60~120^oC環境下反應6~120h，最后通過重復離心-無水乙醇洗滌后于真空烘箱中干燥而得到產物：APTS改性了的GO?，標記為APTS-GO；

（2）然后，攪拌的情況下，將APTS-GO分散于體積比為1:15:110的甲酸、水和無水乙醇的混合溶劑中以得到3.97wt/v%的均勻分散液，再于30~120^oC下反應0.5~30d，最后通過重復離心-無水乙醇洗滌后于真空烘箱中干燥而得到產物：氧化石墨烯-二氧化硅復合物，標記為GO-SiO₂；

（3）接著，通過超聲而得到1.43wt/v%?GO-SiO₂/甲苯均勻分散液；隨后，在冷凝回流的情況下，逐滴加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷并反應12~96h；接著，將其在10~50^oC環境下浸泡于15~30wt%H₂O₂水溶液中6~96h，最后通過重復離心-無水乙醇洗滌后于真空烘箱中干燥而得到產物：磺化的氧化石墨烯-二氧化硅復合物，標記為S-GO-SiO₂；

（4）隨后，往聚合物溶液中加入所需量的S-GO-SiO₂并超聲使其分散均勻得到鑄膜液，將該鑄膜液涂覆成膜后置于70^oC烘箱中，經緩慢升溫至120^oC之后再抽真空保持12~36?h；最后該雜化膜經雙氧水溶液和酸浸泡，便得到磺化的氧化石墨烯-二氧化硅復合物/聚合物雜化質子交換膜。

3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟（1）中所述的3-氨丙基三乙氧基硅烷APTS的用量根據所需復合SiO₂的量而確定，APTS:GO（ml:mg）=1:100~20:1。

4.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟（3）中所述的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的用量根據所需磺化的程度而確定，MPTMS:GO（mg:mg）=1:100~100:1。

5.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟（4）中所述的聚合物溶液為全氟磺酸樹脂、磺化聚醚醚酮、磺化聚苯并咪唑或磺化聚酰亞胺的均相溶液中的一種，所述的聚合物溶液的濃度為1wt%~40wt%，所述的聚合物溶液的溶劑為可使得上述聚合物形成均相溶液的溶劑。

6.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟（4）中所述的緩慢升溫的升溫速率小于0.5?^oC/min。

7.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟（4）中所述的經雙氧水溶液和酸浸泡，雙氧水的濃度為2~10?wt%，酸為1~4?mol/L的鹽酸、硫酸或磷酸的一種或幾種的混合物。