[發(fā)明專利]MOF材料及其制備方法、質(zhì)子交換膜及其制備方法以及燃料電池

有效

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• 申請日: 2021-08-19
• 公開（公告）號: CN113782797B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王廷宏;肖森林;寧偉;馬杰
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳氫時代新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M8/1016
• 分類號: H01M8/1016;H01M8/1018;H01M8/124
• 代理公司: 深圳中細軟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44528
• 代理人: 田麗麗

本發(fā)明公開了一種MOF材料及其制備方法、質(zhì)子交換膜及其制備方法以及燃料電池，MOF材料由金屬鈦、A和B配位形成，其中，所述A的分子式為C₁₈H₁₄N₂O，所述A的化學結(jié)構(gòu)式為所述B的分子式為C₉H₈N₂O，所述B的化學結(jié)構(gòu)式為將MOF材料摻雜進聚合物基底中得到MOF和聚合物復合的質(zhì)子交換膜。本發(fā)明的MOF材料具有良好的質(zhì)子傳導性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種MOF材料及其制備方法、質(zhì)子交換膜及其制備方法以及燃料電池。

背景技術(shù)

高溫質(zhì)子交換膜燃料電池(HT-PEMFC)，能夠在160℃～200℃的范圍內(nèi)工作而沒有濕度，已成為密集研究工作的重點。在高溫下工作的好處包括減少催化劑中毒、更快的電極動力學以及更容易的水和熱管理。

磺化聚醚砜(SPES)是一種合成聚合物，具有芳環(huán)和雜芳環(huán)，具有非常高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(425℃～436℃)和優(yōu)異的化學和熱穩(wěn)定性，但是，SPES膜在低濕度條件下表現(xiàn)出低質(zhì)子傳導性。

金屬有機框架(MOF)材料是一種晶體材料，具有高孔隙率，能夠提供質(zhì)子傳輸?shù)耐ǖ溃蔀榻陙碛糜诟纳聘邷刭|(zhì)子交換膜質(zhì)子傳導率的重點研究內(nèi)容。將金屬有機框架(MOF)材料摻雜在聚合物基質(zhì)中易導致聚合物膜孔隙率增加，嚴重影響聚合物膜的力學性能，迄今為止，只有少數(shù)聚合物，例如基于全氟磺酸聚合物(PFSA)、磺化聚醚醚酮(SPEEK)和聚乙烯醇(PVA)，與MOF的復合膜被報道用于實現(xiàn)質(zhì)子交換膜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種新型的能夠傳輸質(zhì)子的MOF材料及其制備方法、質(zhì)子交換膜及其制備方法以及燃料電池。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種MOF材料，其特征在于，由金屬鈦、A和B配位形成，其中，所述A的分子式為C₁₈H₁₄N₂O，所述A的化學結(jié)構(gòu)式為所述B的分子式為C₉H₈N₂O，所述B的化學結(jié)構(gòu)式為

本發(fā)明還公開了上述MOF材料的制備方法，包括以下過程：

將金屬鈦鹽、A和B混合于溶劑中，得混合液，其中，所述金屬鈦鹽為可溶性金屬鈦鹽；其中，所述A的分子式為C₁₈H₁₄N₂O，所述A的化學結(jié)構(gòu)式為所述B的分子式為C₉H₈N₂O，所述B的化學結(jié)構(gòu)式為

將所述混合液置于密閉空間進行溶劑熱反應，冷卻后得所述MOF材料。

本發(fā)明還公開了一種質(zhì)子交換膜，包括聚合物基底和分散于所述聚合物基底中的上述的MOF材料。

本發(fā)明還公開了一種質(zhì)子交換膜的制備方法，包括以下過程：

提供聚合物基底的漿料；

提供如權(quán)利要求1或2所述的MOF材料或如權(quán)利要求3～8中任意一項所述的制備方法制得的MOF材料；

將所述MOF材料分散于所述聚合物基底的漿料中，得所述質(zhì)子交換膜的漿料，固化所述漿料，得所述質(zhì)子交換膜。

本發(fā)明還公開了一種燃料電池，包括上述的質(zhì)子交換膜。

實施本發(fā)明實施例，將具有如下有益效果：