[發明專利]一種基于接枝聚苯并咪唑作為質子導體的氧還原催化層及其制備方法

在審

• 申請號: 202010317429.9
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN113527684A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 張海寧;章逸明;郭晶晶
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C08G73/18
• 分類號: C08G73/18;H01M8/103;H01M8/1004
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 喬宇

1.基于接枝聚苯并咪唑的質子導體，其結構如式Ⅰ所示：

2.權利要求1所述的基于接枝聚苯并咪唑的質子導體的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)將聚苯并咪唑和溴代氮雜環或者溴烷基取代的叔胺化合物經接枝反應得到聚合物，所述聚苯并咪唑主鏈上咪唑環與接枝物溴代氮雜環或者溴烷基取代的叔胺化合物的摩爾比為1：1～4：1；

(2)將上述聚合物經與強酸的質子化反應，得到基于接枝PBI的質子導體。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：所述接枝反應的溫度為80-120℃，反應時間為12-24h。

4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：具體步驟為：

將一定量的聚苯并咪唑溶解于有機溶劑中，在室溫磁力攪拌的條件下使聚合物充分溶解，在氮氣保護下加入過量NaH，繼續攪拌一段時間，聚合物溶液最終變為紅棕色，然后加入溴代氮雜環或者溴烷基取代的叔胺化合物進行接枝反應；

將接枝反應后的聚合物溶液倒入冰水混合物中沉淀并多次洗滌過濾，之后冷凍干燥得到最終的接枝聚苯并咪唑；

將上述制備的接枝聚苯并咪唑聚合物溶解在有機溶劑中，將強酸緩慢滴加入聚合物的有機溶液中并在室溫磁力攪拌的條件下進行質子化反應，反應結束后，將反應物倒入冰水混合物中沉淀并多次洗滌過濾，之后冷凍干燥得到最終產物；

所述的氮雜環類化合物為三氮唑、咪唑、吡啶、哌啶中的一種；所述強酸為磷酸、三氟磺酸、三氟烷基磺酸和雙三氟烷基磺酰亞胺中的一種。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于：所述的有機溶劑為：N，N-二甲基乙酰胺；所述聚苯并咪唑與反應溶劑固液比為1：50～1：100g/ml；所述冷凍干燥溫度為-40～-70℃，干燥時間12-48h。

6.根據權利要求4所述的方法，其特征在于：所述聚苯并咪唑主鏈上咪唑環與NaH的摩爾比為2：3～1：4；所述強酸的用量為接枝聚苯并咪唑質量的3～5倍；所述質子化反應時間為4～24h。

7.一種基于上述接枝聚苯并咪唑質子導體的燃料電池氧還原催化層，其特征在于：以權利要求1所述的接枝聚苯并咪唑質子導體作為質子導體和粘接劑，包括上述接枝聚苯并咪唑質子導體和催化劑活性組分。

8.權利要求7所述的燃料電池氧還原催化層的制備方法，其特征在于：配制基于接枝聚苯并咪唑質子導體作為質子導體和粘結劑的含有催化活性組分的催化劑墨水，涂覆于電極表面，獲得燃料電池氧還原催化層。

9.權利要求8所述的燃料電池氧還原催化層的制備方法，其特征在于：具體步驟為：將基于接枝聚苯并咪唑的質子導體分散在乙醇/去離子水體積比為1：1的混合溶劑中，超聲分散均勻，超聲分散時間為15～30min，得到聚合物溶液，聚合物溶液的質量百分比為0.1-10％，之后將聚合物溶液和乙醇、水、催化劑超聲分散，制備成催化劑墨水并滴覆于鉑碳電極的表面，干燥后得到燃料電池氧還原催化層。