[發(fā)明專利]一種抗氧化石墨烯量子點(diǎn)改性質(zhì)子交換膜的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810207607.5
• 申請(qǐng)日: 2018-03-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108630972B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏亞南;徐能能;王敏;張琪;聶琦;董芳;喬錦麗;田丙倫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海博暄能源科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M8/1048
• 分類號(hào): H01M8/1048;H01M8/1051;H01M8/1069
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及一種抗氧化石墨烯量子點(diǎn)改性質(zhì)子交換膜的制備方法，它包括以下步驟：（a）將石墨烯量子點(diǎn)或其衍生物的水溶液與質(zhì)子導(dǎo)體樹脂溶液進(jìn)行混合，隨后加入水溶性卟啉類有機(jī)物或水溶性酞菁類有機(jī)物得混合溶液；所述石墨烯量子點(diǎn)或其衍生物與所述質(zhì)子導(dǎo)體樹脂的質(zhì)量比為0.2~10：90~99.8，所述水溶性卟啉類有機(jī)物或水溶性酞菁類有機(jī)物與所述質(zhì)子導(dǎo)體樹脂的質(zhì)量比為0.05~0.5：10；（b）將所述混合溶液浸涂至親水性PTFE微孔膜表面，室溫晾干，浸涂，烘干；重復(fù)多次即可。這樣能夠使得卟啉類、酞菁類有機(jī)物能夠與質(zhì)子導(dǎo)體樹脂進(jìn)行鍵合，從而避免了從中流失而增加了質(zhì)子交換膜的抗氧化性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池零部件領(lǐng)域，涉及一種質(zhì)子交換膜，具體涉及一種抗氧化石墨烯量子點(diǎn)改性質(zhì)子交換膜的制備方法。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜(PEM)是質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)的核心部件，而PEMFC被視為一種最具前景的清潔能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，有潛在的巨大市場(chǎng)。質(zhì)子交換膜(PEM)是目前制約質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵部件之一，是目前燃料電池技術(shù)研究的熱點(diǎn)。

目前已開(kāi)發(fā)應(yīng)用的PEMFCs主要是低溫燃料電池，使用全氟磺酸聚合物例如DuPont杜邦公司的Nafion作為PEM。然而，Nafion在高溫低濕條件下水分的蒸發(fā)流失，導(dǎo)致膜質(zhì)子傳導(dǎo)性能和電池性能急劇衰減，導(dǎo)致電池性能不穩(wěn)定；另外全氟磺酸膜在水分得失過(guò)程中，尺寸穩(wěn)定性比較差，變形量大，強(qiáng)度也比較差；在電池的運(yùn)行環(huán)境中，磺酸根容易脫落，影響質(zhì)子傳導(dǎo)性能。所有這些缺點(diǎn)也影響了純?nèi)撬針渲ぴ谌剂想姵刂械膽?yīng)用。

石墨烯量子點(diǎn)GQDs是一種平面尺寸在2～100nm、厚度一般小于2nm的納米級(jí)零維材料。石墨烯量子點(diǎn)同石墨烯相比，量子限域效應(yīng)顯著，從零能隙電子材料到非零能隙電子材料過(guò)渡。石墨烯量子點(diǎn)GQDs含有大量的共軛雙鍵，能夠吸收高能粒子的能量并能輻射熒光，具有很強(qiáng)的熒光特性。不斷推斷，石墨烯量子點(diǎn)有吸收高能自由基粒子的能力，并轉(zhuǎn)化為低能量的可見(jiàn)光。因此石墨烯量子點(diǎn)具有抗氧化性。此外，同石墨烯相比，石墨烯量子點(diǎn)GQDs及衍生物，含有更多量的-O-、-OH、-COOH和-SO₃H，更多的側(cè)鏈基團(tuán)更容易顯示親水性，同質(zhì)子導(dǎo)體樹脂更容易做到分子級(jí)混合，側(cè)鏈集團(tuán)更容易和樹脂形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

目前，石墨烯量子點(diǎn)GQDs已經(jīng)被應(yīng)用于制備質(zhì)子交換膜。如申請(qǐng)?zhí)枮?01710893273.7的中國(guó)發(fā)明專利通過(guò)將含有石墨烯量子點(diǎn)或其衍生物的水溶液或醇溶液與質(zhì)子導(dǎo)體樹脂溶液進(jìn)行混合，再浸涂至PTFE微孔膜表面、烘干，這樣有利于提高質(zhì)子交換膜的導(dǎo)電性能；但是上述質(zhì)子交換膜在實(shí)際使用過(guò)程中被發(fā)現(xiàn)存在容易變脆、開(kāi)裂等不良后果；在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資助下，本公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)攻克了上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種抗氧化石墨烯量子點(diǎn)改性質(zhì)子交換膜的制備方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種抗氧化石墨烯量子點(diǎn)改性質(zhì)子交換膜的制備方法，它包括以下步驟：

(a)將石墨烯量子點(diǎn)或其衍生物的水溶液與質(zhì)子導(dǎo)體樹脂溶液進(jìn)行混合，隨后加入水溶性卟啉類有機(jī)物或水溶性酞菁類有機(jī)物得混合溶液；所述石墨烯量子點(diǎn)或其衍生物與所述質(zhì)子導(dǎo)體樹脂的質(zhì)量比為0.2～10：90～99.8，所述水溶性卟啉類有機(jī)物或水溶性酞菁類有機(jī)物與所述質(zhì)子導(dǎo)體樹脂的質(zhì)量比為0.05～0.5：10；

(b)將所述混合溶液浸涂至親水性PTFE微孔膜表面，室溫晾干，浸涂，烘干；重復(fù)多次即可。

優(yōu)化地，所述水溶性卟啉類有機(jī)物為選自磺酸基卟啉、羧基卟啉和氨基卟啉中的一種或多種組成的混合物，所述水溶性酞菁類有機(jī)物為選自四-β-對(duì)磺酸苯氧基鋅酞菁、四-β-對(duì)磺酸苯氧基鎳酞菁和酞菁銅(Ⅱ)四磺酸四鈉鹽中的一種或多種組成的混合物。

進(jìn)一步地，所述質(zhì)子導(dǎo)體樹脂為全氟磺酸樹脂、聚三氟苯乙烯磺化樹脂、磺化聚苯并咪唑、SPEEK或磷酸化PBI。