[發明專利]一種光催化陰離子交換膜的制備方法

有效

• 申請號: 201810797232.2
• 申請日: 2018-07-19
• 公開（公告）號: CN108864455B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 葛倩倩;逯雨杰;涂友雷;曹明;夏茹;錢家盛
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: C08J5/22
• 分類號: C08J5/22;C08F8/44;C08F116/14;C08F2/48;H01M8/103;H01M8/1067;H01M8/1081
• 代理公司: 北京隆源天恒知識產權代理事務所(普通合伙) 11473
• 代理人: 閆冬

本發明公開一種光催化陰離子交換膜的制備方法，包括如下步驟：步驟S1，以2?氯乙基乙烯基醚為反應單體，采用光控陽離子聚合技術制得脂肪鏈聚合物，將其作為膜材料的主鏈；步驟S2，以多胺類化合物作為季銨化試劑和交聯劑，將所述脂肪鏈聚合物與所述多胺類化合物進行季銨化反應，即制得所述光催化陰離子交換膜。本發明解決了所述脂肪鏈聚合物因柔性高、粘彈性強帶來的無法成膜的技術難題，為陰離子交換膜的制備開辟了新的途徑，本發明所制備的所述光催化陰離子交換膜在具備較高離子電導率的同時還能保持較高的耐溶脹性，使得陰離子交換膜具有良好的性能，另外，本發明反應條件溫和、可控性高。

技術領域

本發明涉及燃料電池膜材料領域，具體涉及一種光催化陰離子交換膜的制備方法。

背景技術

基于質子交換膜燃料電池所面臨的價格和壽命等瓶頸問題，堿性陰離子交換膜燃料電池逐漸發展起來，與質子交換膜燃料電池相比，堿性陰離子膜燃料電池具有堿性條件下更快的氧氣還原反應效率、允許非貴金屬催化劑的使用以及由于燃料和氫氧根的傳遞方向相反，因此可以大大降低燃料泄漏等諸多優勢。然而，陰離子交換膜(AEM)的氫氧根離子電導率與耐溶脹性之間的trade-off效應仍是阻礙堿性陰離子膜燃料電池進一步發展的首要瓶頸。

現有陰離子交換膜的制備通常采用高分子聚合物作為主鏈，對其進行離子功能基團化后制備陰離子交換膜，或者從功能性單體出發，經聚合成鏈制備陰離子交換膜，現有技術中關于聚合物的制備，以熱引發活性聚合方法應用較為廣泛，但這些反應過程需要加熱引發，反應終止需要冷凍淬滅，且對于合成復雜構型聚合物需要多步反應、多步純化操作，反應條件苛刻，反應進程可控性差。

另外，傳統陰離子交換膜的主鏈大多采用芳香類聚合物，由于芳香類聚合物的鏈段剛性較大，運動性較差，對于先成膜后離子功能化制備陰離子交換膜，很難發生微相分離，對于均相功能化后制備陰離子交換膜，在溶劑揮發過程中，由于主鏈的運動能力不足，微相分離仍然比較困難，對此現有技術中一般采取通過調節陰離子交換膜的構型來調控微相分離形貌，但是調控力度有限，制備的陰離子交換膜性能較差。

綜上，目前陰離子交換膜的制備仍未能有效解決離子電導率與耐溶脹性之間的矛盾，造成膜的性能較差，極大地限制了AEM的應用與發展。

鑒于上述缺陷，本發明創作者經過長時間的研究和實踐終于獲得了本發明。

發明內容

為解決上述技術缺陷，本發明采用的技術方案在于，提供一種光催化陰離子交換膜的制備方法，包括如下步驟：

步驟S1，以2-氯乙基乙烯基醚為反應單體，采用光控陽離子聚合技術制得脂肪鏈聚合物，將其作為膜材料的主鏈；

步驟S2，以多胺類化合物作為季銨化試劑和交聯劑，將所述脂肪鏈聚合物與所述胺類化合物進行季銨化反應，即制得所述光催化陰離子交換膜。

較佳的，步驟S1中所述脂肪鏈聚合物的具體合成步驟如下：

S1-1,將所述2-氯乙基乙烯基醚與鏈轉移試劑及光催化劑在Blue LEDs照射下進行光控陽離子聚合反應，得到第一反應液；

S1-2,對所述第一反應液進行旋蒸處理去除溶劑和剩余單體后，得到聚2-氯乙基乙烯基醚。

較佳的，所述光催化劑包括2,4,6-三(對甲氧基苯基)吡喃四氟化硼鹽，所述鏈轉移試劑包括S-1-異丁氧基乙基S′-乙基三硫代碳酸酯。

較佳的，所述2-氯乙基乙烯基醚、所述S-1-異丁氧基乙基S′-乙基三硫代碳酸酯與所述2,4,6-三(對甲氧基苯基)吡喃四氟化硼鹽的摩爾比為100～1000:1:0.02～0.08。

較佳的，所述光控陽離子聚合反應在室溫下進行，反應時間控制為18h～48h。

較佳的，所述聚2-氯乙基乙烯基醚的聚合度為97～600。