[發明專利]一種改性UiO-66-NH2

有效

• 申請號: 202110313969.4
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113206279B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 馮露;侯浩波;葉凡;寧希翼
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H01M8/1041
• 分類號: H01M8/1041;H01M8/1067;C08G83/00;G01N27/403
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 趙進;顏勇

本發明公開了一種改性UiO?66?NHsubgt;2/subgt;材料作為質子傳導材料的應用，所述改性UiO?66?NHsubgt;2/subgt;材料由間苯二甲醛和3,5?二氨基?1,2,4?三氮唑與UiO?66?NHsubgt;2/subgt;表面的?NHsubgt;2/subgt;基團發生席夫堿反應獲得。本發明采用簡單的后合成修飾方式對UiO?66?NHsubgt;2/subgt;進行一步改性，提高了UiO?66?NHsubgt;2/subgt;的質子傳導率，改性UiO?66?NHsubgt;2/subgt;材料在寬工作溫度范圍內表現出非常高的質子傳導率，其性能相對于未改性之前提高了三個數量級，且在高溫高相對濕度環境下長期循環測試仍能保持幾乎不變的質子傳導率，可以作為潛在的質子導體廣泛應用于電化學器件、傳感器以及燃料電池等。

技術領域

本發明涉及一種改性UiO-66-NH₂材料作為質子傳導材料的應用，屬于燃料電池技術領域。

背景技術

隨著世界經濟的快速發展，全球能源需求的不斷增加和不可再生資源的巨大消耗，已經帶來了嚴重的能源危機。在這種背景下，開發新能源已經成為人們亟待解決的問題。質子交換膜燃料電池具有能量轉換率高、發電無污染、無噪音等優勢，有望成為一種綠色可持續的能源來源，而質子交換膜是其中最核心的部分。目前，商業上使用的質子交換膜以全氟磺酸(Nafion)為主，其在60-80℃和98％RH下具有高于10^-2S?cm^-1的質子傳導率。然而，Nafion的價格昂貴、制作工藝復雜且不能在高溫環境下使用，所以其應用受到了限制。近年來，為了開發性能優異并且能夠長期循環使用的導電材料進行了大量的探索，如有機聚合物、無機材料等多種類型的導電材料相繼被開發出來。其中，金屬有機框架化合物(MOF)作為一種新型的質子傳導材料，其具有高結晶性以及結構和性能的可調性，相比于其它類型的材料，MOF的明顯優勢在于其具有精確的結構信息，因而可以從分子級別上深入地研究質子傳導機理。此外，MOF材料中含有高濃度的酸性基團和水分子以及連續的氫鍵網絡，為質子的傳遞提供了載體和傳輸通道。但是對于大多數的MOF材料而言，長期穩定性仍然是一個面向實際應用的巨大阻礙。目前為止，具有化學穩定性的MOF材料依然只有很少的報道，主要是因為活性基團和弱配位鍵的存在。因此，構建結構穩定的MOF材料對研究其質子傳導性能尤為重要。

UiO-66-NH₂是少數幾種結構穩定的MOF材料之一，其由ZrCl₄或ZrOCl₂·8H₂O與2-氨基對苯二甲酸通過配位作用組裝形成。UiO-66-NH₂具有優異的熱穩定性和耐水、耐酸堿等屬性，其作為質子傳導材料已經吸引了廣泛的關注，但是其質子傳導率相比于目前報道的具有超高導電性能(10^-1S?cm^-1)的MOF材料仍然存在一定的差距，因而有必要研究提高其性能的改性方法。

發明內容

針對現有的UiO-66-NH₂導電材料存在的不足，本發明的目的是在于提供一種改性UiO-66-NH₂材料作為質子傳導材料的應用，采用簡單的后合成修飾方式對UiO-66-NH₂進行一步改性，提高了UiO-66-NH₂的質子傳導率，改性UiO-66-NH₂材料在寬工作溫度范圍內表現出非常高的質子傳導率，其性能相對于未改性之前提高了三個數量級，且在高溫高相對濕度環境下長期循環測試仍能保持幾乎不變的質子傳導率，可以作為潛在的質子導體廣泛應用于電化學器件、傳感器以及燃料電池等。

為了實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

一種改性UiO-66-NH₂材料作為質子傳導材料的應用，所述改性UiO-66-NH₂材料由間苯二甲醛和3,5-二氨基-1,2,4-三氮唑與UiO-66-NH₂表面的-NH₂基團發生席夫堿反應獲得。