[發(fā)明專利]一種含耐堿解陽離子基團和氟碳側(cè)鏈的離聚物及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010465192.9
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN112552488A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏海兵;楊雅珂;丁運生;王平;孫曉紅;李學(xué)良;楊善中
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C08G61/02
• 分類號: C08G61/02;C08G61/12;B01J41/13;C02F1/42;H01M4/86
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 盧敏

本發(fā)明公開了一種含耐堿解陽離子基團和氟碳側(cè)鏈的離聚物及其制備方法和應(yīng)用，該離聚物的結(jié)構(gòu)單元中含有超疏水性的氟碳側(cè)鏈和耐堿解的功能陽離子。基于該離聚物所制備的陰離子交換膜具有離子電導(dǎo)率高和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，可作為膜材料用于燃料電池和電解水等諸多領(lǐng)域，同時該離聚物也可以用于燃料電池催化層的粘結(jié)劑材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于離聚物及其相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種含耐堿解陽離子基團和氟碳側(cè)鏈的離聚物及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

離聚物又稱為含離子的聚合物，一般有聚合物骨架、固定在聚合物骨架上的陽離子基團和可移動的陰離子三部分組成。由于其在聚電解質(zhì)隔膜、燃料電池催化層粘結(jié)劑、離子交換樹脂等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其開發(fā)和性能優(yōu)化在化學(xué)工業(yè)和材料科學(xué)領(lǐng)域一直受到廣泛的關(guān)注。其中，基于含陽離子離聚物的陰離子交換膜，是陰離子交換膜燃料電池的關(guān)鍵組件，氫氧根離子或其他陰離子通過其得以輸送。另外，該離聚物還可以作為陰離子交換膜燃料電池的催化層的粘結(jié)劑，用于催化層內(nèi)的離子傳輸。

陰離子交換膜用于燃料電池的隔膜和催化層中，均需要滿足耐堿性好、吸水率適中、離子電導(dǎo)率高等基本條件。目前已經(jīng)報道的陰離子交換膜材料中，通常是基于聚醚砜、聚苯醚和聚苯乙烯等聚合物骨架，以芐基三烷基銨為功能陽離子基團。但是，這類組合普遍存在耐堿性差和離子電導(dǎo)率低等缺點。

制備同時具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和離子電導(dǎo)率的離聚物材料是限制陰離子交換膜相關(guān)應(yīng)用的瓶頸。離聚物的耐堿性主要取決于聚合物主鏈和功能陽離子。近年來，主鏈不含醚鍵的聚芳基亞烷基離聚物和聚芳基哌啶陽離子離聚物因具有突出的堿解穩(wěn)定性引起人們的廣泛關(guān)注(W.-H.Lee,Y.S.Kim,C.Bae,ACS Macro Lett.,2015,4,814-818；C·裴，李宇亨，中國專利，CN 107112563 B；J.Wang et al.,Nat.Energy,2019,4,392-398；Y.Yan etal.,PCT,WO2019/068051 A2)。但是該類離聚物由于固有的剛性結(jié)構(gòu)，所制備的陰離子交換膜難以形成微相分離的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)以提高薄膜的離子電導(dǎo)率和離子傳輸效率。另一方面，在申請?zhí)枮?01911079673.X的中國專利申請中，盡管提出了用多季銨陽離子側(cè)鏈可以提高聚芳基亞烷基離聚物的離子交換容量和離子電導(dǎo)率，但是多季銨陽離子側(cè)鏈本身的耐堿性不足可能會限制該類離聚物的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種同時含耐堿解陽離子基團和氟碳側(cè)鏈的離聚物及其制備方法和應(yīng)用，所要解決的技術(shù)問題是使所制備的離聚物及基于其的陰離子交換膜具有優(yōu)異的堿解穩(wěn)定性和離子傳導(dǎo)率。

本發(fā)明為實現(xiàn)發(fā)明目的，采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明公開了一種含耐堿解陽離子基團和氟碳側(cè)鏈的離聚物，其具有如式(1)所示的結(jié)構(gòu)：

式中：含離子亞芳基結(jié)構(gòu)單元中含有耐堿性較好的陽離子基團，亞芳基結(jié)構(gòu)單元中含有疏水性氟碳側(cè)鏈；含離子亞芳基結(jié)構(gòu)單元和亞芳基結(jié)構(gòu)單元之間通過碳碳單鍵連接，x＝0.05～0.95；m為10至1000之間的整數(shù)。

根據(jù)式(1)所示的含耐堿解陽離子基團和氟碳側(cè)鏈的離聚物，具體可具有如式(2)、式(3)或式(4)所示的結(jié)構(gòu)：