[发明专利]一种无机纳米粒子原位改性聚苯并咪唑衍生物质子交换膜及其制备方法

权利要求书

1.一种质子交换电解质膜，其特征在于，包括磷酸掺杂并且原位聚合的聚苯并咪唑衍生物聚合物与如下式I的纳米颗粒聚合物的组合物：

式I：

其中R是-(CH₂)_n-NH₃Cl，n是2～8；或者

R是

2.如权利要求1所述的质子交换电解质膜，其特征在于，所述聚苯并咪唑衍生物是聚[2,5-苯并咪唑]，其具有如下式II的化学式：

式II：

3.如权利要求1至2中任一所述的质子交换电解质膜，其特征在于，式I的纳米颗粒聚合物与聚苯并咪唑衍生物聚合物的质量比是：0.01-0.05：1。

4.一种质子交换电解质膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a)通过原位聚合反应得到聚苯并咪唑衍生物聚合物和带有八个氨基的聚半硅氧烷纳米颗粒的原位聚合产物，

其中所述带有八个氨基的聚半硅氧烷纳米颗粒是如下式I的聚合物：

式I：

其中R是-(CH₂)_n-NH₃Cl，n是2～8；或者

R是

(b)磷酸掺杂处理；以及

(c)流延成膜并热处理得到所述质子交换电解质膜.。

5.如权利要求4所述的质子交换电解质膜的制备方法，其特征在于，所述步骤(a)和所述步骤(b)同时进行，或者先进行所述步骤(a)，然后将所述步骤(a)得到原位聚合产物浸入预定浓度的磷酸溶液中掺杂而成。

6.如权利要求4所述的质子交换电解质膜的制备方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，将3,4-二氨基苯甲酸与带有八个氨基的聚半硅氧烷纳米颗粒在酸性溶液中原位聚合。

7.如权利要求5所述的质子交换电解质膜的制备方法，其特征在于，在所述步骤(a)中，将3,4-二氨基苯甲酸与带有八个氨基的聚半硅氧烷纳米颗粒在酸性溶液中原位聚合。

8.如权利要求6所述的质子交换电解质膜的制备方法，其特征在于，所述酸性溶液是甲基硫酸溶液或多聚磷酸溶液。

9.如权利要求7所述的质子交换电解质膜的制备方法，其特征在于，所述酸性溶液是甲基硫酸溶液或多聚磷酸溶液。

10.如权利要求4所述的质子交换电解质膜的制备方法，其特征在于，所述原位聚合反应在惰性环境中进行。

11.如权利要求5所述的质子交换电解质膜的制备方法，其特征在于，所述原位聚合反应在惰性环境中进行。

12.如权利要求5所述的质子交换电解质膜的制备方法，其特征在于，在所述方法中，包括如下步骤：

(i)将质量比1：0.1～10的比例将带有八个氨基的聚半硅氧烷纳米颗粒放入有机溶剂中，超声波震荡5～60分钟，得到透明溶液；

(ii)将3,4-二氨基苯甲酸和前述透明溶液，分别放入聚合反应介质多聚磷酸中，得到反应混合物，其中带有八个氨基的聚半硅氧烷纳米颗粒、3,4-二氨基苯甲酸和多聚磷酸三者按质量配比为0.006～0.03：1：10～30；

(iii)将上述反应混合物置于氮气或惰性气体氛围中进行聚合反应，搅拌速度为100～500转/分钟，反应温度为180～280℃，反应时间为30分钟～24小时；

(iv)流延成膜，静置冷却到室温，然后用热水浸泡和反复冲洗，以去除游离态磷酸；以及

(v)置于高温烘箱烘烤3～24小时后取出静置冷却，后经裁剪，可制得所需尺寸的所述质子交换电解质膜。