[发明专利]一种四氮唑质子传输试剂及其高温燃料电池质子交换膜的制备方法

权利要求书

1.一种四氮唑质子传输输试剂及其膜材料，其特征在于它由四氮唑质子传输试剂与系列聚合物制备高温燃料电池质子交换膜材料，

其中四氮唑质子传输试剂结构如下：

          

 结构（1）                                      结构（2）

结构（1）中，X为一种基团，它的结构式可以说是下列任一结构： -H氢键、脂肪链、芳香烃、吡啶、吡嗪、嘧啶、咪唑、三氮唑或者它们的取代衍生物；

对于结构（2），A可以为S/O（硫键或者氧键）之一；B为 -H氢键、脂肪链、芳香、吡啶、吡嗪、嘧啶、咪唑、三氮唑或者它们的取代衍生物之一；C可以为乙氧基链、烷基链、含芳香基团或者硅原子的分子链之一；Y为 -Si(-OR)_mR_4-n，其中n<=2, R: -CH₃/ C₂H₅；

 (2)其中，n≧1。

2.如权利要求1所述的四氮唑质子传输膜材料四氮唑质子传输试剂制备方法，其特征在于步骤和条件如下：

对于结构（1）：           

其用合成所用的材料

A: 氰基化合物

B: 叠氮化合物NaN₃

C：Lewis酸

D: 反应溶剂

其合成方法如下：将一定摩尔比的氰基化合物A、叠氮化合物B以及Lewis酸C加入到反应器中，同时加入一定体积的反应溶剂D，通氮气搅拌下升温反应12-48小时，然后将体系冷却至室温；在搅拌条件下将一定浓度的盐酸逐滴加入反应体系直到体系的pH=1~3，将反应体系在室温条件下搅拌0.5~6 h 用以破坏四氮唑化合物与Lewis酸C中金属离子生成的络合物；通过过滤或者减压蒸馏除溶剂；

 加极性溶剂再溶解固体并室温搅拌2 h，不溶物通过过滤除去，滤液以二氯甲烷沉淀，制得的固体沉淀物真空干燥，重结晶得到纯净的结构（1）型四氮唑质子传输试剂；

 氰基化合物A、叠氮化合物B比例控制在氰基化合物中氰基和叠氮化合物中叠氮基团的摩尔比例为1:1~1:2之间；

反应温度为80-200 ^oC；

盐酸浓度为1~2 M；

对于结构（2）

其用合成所用的材料

E: 特定氰基化合物

B: 叠氮化合物NaN₃

C：Lewis酸

F: 反应溶剂

G：硅烷试剂

其合成方法，具体制备过程分两个阶段：第一个阶段：为由特定结构的氰基化合物E制备四氮唑化合物，将一定摩尔比的特定氰基化合物E、叠氮化合物B以及Lewis酸C加入到反应器中，同时加入一定体积的反应溶剂F，通氮气搅拌下升温反应12-48小时，然后将体系冷却至室温，在搅拌条件下将一定浓度的盐酸逐滴加入反应体系直到体系的pH=1~3，将反应体系在室温条件下搅拌0.5~6 h 用以破坏四氮唑化合物与Lewis酸金属离子生成的络合物，通过过滤或者减压蒸馏除溶剂；

加极性溶剂再溶解固体并室温搅拌2 h，不溶物通过过滤除去，滤液以二氯甲烷沉淀，制得的固体沉淀物真空干燥，重结晶得到纯净的结构（2）型四氮唑质子传输试剂；

 氰基化合物A、叠氮化合物B比例控制在氰基化合物中氰基和叠氮化合物中叠氮基团的摩尔比例为1:1~1:2之间；

反应温度为80-200 ^oC；

 盐酸浓度为1~2 M；

 第二阶段合成如下：将一定摩尔比例的上述第一阶段合成的四氮唑化合物与硅烷试剂加入到装有特一定量强碱溶液的容器中，通氮气搅拌下升温反应12-48 h；

停止反应后过滤出生成的盐，采用二氯甲烷/水反复提取，油相合并采用MgSO₄干燥，采用旋转蒸发仪真空去除溶剂，到纯净的结构（2）型四氮唑质子传输试剂；

第二阶段中四氮唑化合物和有基硅烷的比例为1:1~1:1.2； 

强碱为氢氧化钠或者氢氧化钾；

溶剂为CH₃OH、C₂H₅OH、THF、DMF或者DMAc；反应温度为60~200 ^oC。