[發明專利]Nafion-高分子功能化碳納米管雜化膜的制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410273890.3
• 申請日: 2014-06-18
• 公開（公告）號: CN104045946A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 姜忠義;何光偉;趙靜;李宗雨;吳洪
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C08L27/12
• 分類號: C08L27/12;C08L51/10;C08J5/22;C08F292/00;C08F220/06;C08F230/02;C08F212/08;H01M8/02;H01M2/16
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

1.一種Nafion-高分子功能化碳納米管雜化膜的制備方法，其特征在于，是以Nafion為高分子材料，該Nafion高分子材料與高分子功能化碳納米管物理共混制備而成。

2.根據權利要求1所述的Nafion-高分子功能化碳納米管雜化膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將高分子功能化碳納米管在氮氮二甲基乙酰胺中超聲分散，然后加入Nafion高分子，攪拌得到鑄膜液，鑄膜液中功能化碳納米管的量為Nafion高分子質量的0.2-10wt％，采用流延法鑄膜，依次在80℃下干燥10-24h、120℃下干燥4-12h，將膜揭下，用雙氧水和硫酸各處理1h，水洗致中性，真空干燥制得Nafion-高分子功能化碳納米管雜化膜。

3.根據權利要求2所述的Nafion-高分子功能化碳納米管雜化膜的制備方法，其特征在于：所述高分子功能化碳納米管是以乙烯基修飾的碳納米管、功能單體、交聯劑和偶氮二異丁腈為原料，聚合得到高分子共價接枝的碳納米管，離心洗滌干燥后得到的產物，其中，所述功能單體為甲基丙烯酸、乙烯基磷酸二甲酯和苯乙烯中的一種，所述交聯劑為乙二醇二甲基丙烯酸酯或者二乙烯基苯。

4.根據權利要求2或3所述的Nafion-高分子功能化碳納米管雜化膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)制備乙烯基修飾的碳納米管：將一定量的羥基化碳納米管超聲分散于無水乙醇中，得溶液A，其中，羥基化碳納米管與乙醇的質量比為1：500-1:20，向溶液A中加入一定量3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基-2-甲基-2-丙烯酸酯，其中3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基-2-甲基-2-丙烯酸酯與羥基化碳納米管質量比為1:4-2:1，在60℃條件下攪拌24h；離心洗滌干燥得乙烯基修飾的碳納米管；

2)制備高分子功能化碳納米管：稱取一定量,乙烯基修飾的碳納米管分散于乙腈中，其中乙烯基修飾的碳納米管與乙腈質量比為1:4000-1:500，超聲60min，加入功能單體、交聯劑和偶氮二異丁腈，其中功能單體與交聯劑的體積比為1:3-2:1，交聯劑與乙腈的體積比為1：800-1:50，偶氮二異丁腈的質量為功能單體與交聯劑質量之和的1-2wt％；用加熱套加熱至沸騰，反應時間60-120min，蒸出一定量溶劑，蒸出的溶劑體積與加入的乙腈體積之比為1：8-5:8，離心洗滌，在40℃真空烘箱干燥24h后加入到10M的鹽酸中回流12h，至此得到高分子功能化碳納米管，該高分子功能化碳納米管具有10-35nm厚的高分子層；

3)制備鑄膜液：

稱取一定量高分子功能化碳納米管超聲分散到氮氮二甲基乙酰胺中，其中，高分子功能化碳納米管與氮氮二甲基乙酰胺的質量比為1:20000-1:100，超聲分散24h后，加入Nafion高分子，Nafion高分子與氮氮二甲基乙酰胺的質量比為1:40-1:10，室溫下攪拌12h，得到鑄膜液；

4)制備Nafion-高分子功能化碳納米管雜化膜：

將上述步驟3)中的鑄膜液過濾靜置脫泡1h，將脫泡處理后的鑄膜液在玻璃板上流延，并置于烘箱中熱處理，先80℃，12h；然后120℃，10h；將膜揭下，按照以下步驟處理：80℃下3wt％雙氧水中浸泡1h；80℃下水中浸泡1h；80℃下1M硫酸中浸泡1h；80℃下水中進浸泡1h；室溫下用水洗至中性；最后，將膜置于40℃下真空干燥得到Nafion-高分子功能化碳納米管雜化膜。

5.一種Nafion-高分子功能化碳納米管雜化膜的應用，其特征在于，將如權利要求1至4中任一項制備得到的Nafion-功能化碳納米管雜化膜用作溫度為80-120℃、濕度為10-80％RH下燃料電池質子交換膜。