[发明专利]质子传导材料

说明书

本申请是申请日为2011年3月23日、申请号为201180019346.0、发明名称为“质子传导材料”的发明专利申请的分案申请。

本发明是在美国政府的支持下按能源部裁决的合作协定DE-FG36-07GO17006作出的。美国政府享有本发明的某些权利。

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求2010年4月16日提交的美国临时专利申请No.61/325062的权益（代理人案卷号No.66128US002），该专利的公开内容全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开涉及可用作离聚物或聚合物离聚物的材料。

背景技术

在美国专利No.5,011,983（Behr）中公开了Ω-卤代磺酰基全氟烷烃磺酸酯的制备和反应，该专利的公开内容以引用方式并入本文。

在美国专利No.4,329,478（Behr）、4,386,214（Behr）和4,423,197（Behr）中公开了形成磺酰胺衍生物的环状全氟脂族二磺酸酸酐与胺的反应，以上专利的公开内容分别以引用方式并入本文。

在美国专利No.5,514,493（Waddell等人）中公开了全氟烷基磺酸酯、磺酰亚胺和含有它们的电解质，该专利的公开内容以引用方式并入本文。

需要改善的离子键材料以及制备所述离子键材料的方法。

发明内容

本发明公开的实施例包括制备根据化学式I的化合物的方法：

FSO₂(CF₂)_nSO₃Y   (I)

其中Y选自H或适合的抗衡阳离子，并且其中n为1-6，并且所述方法包括以下步骤：

(a)提供根据化学式II的化合物：

FSO₂(CF₂)_nSO₂F   (II)

其具有第一和第二磺酰氟基团；

(b)将化学式II表示的化合物与按摩尔计90-120%之间的水混合；和

(c)将根据化学式II的化合物与水反应以制备根据化学式I的化合物，其中第一磺酰氟基团被转化为-SO₃Y基团而第二磺酰氟基团仍保留。

在另一个实施例中，本发明包括根据化学式III的化合物：

R¹-CF₂-SO₂-NZ-SO₂(CF₂)_nSO₃Y   (III)

其中n为2-6，Y选自H和适合的抗衡阳离子，并且其中R¹选自有机基团，其是支链、非支链或环状的；饱和、不饱和或芳香族的，其任选地包含杂原子；其任选地是被取代的；并且其中Z选自H和适合的抗衡阳离子。在本发明中还体现了制备根据化学式III的化合物的方法。

在另一个实施例中，本发明包括具有包含根据化学式V的基团的侧基的聚合物：

-(-SO₂-NZ-SO₂-R_f-)_m-(SO₃Y)_p   (V)

其中所述聚合物是高度氟化的；其中m为1-6，p为至少1，并且Y选自H和适合的抗衡阳离子；其中R_f是多价含氟化合物基团，其选自支链、非支链或环状的高度氟化的烷基、全氟烷基、全氟醚、全氟烷基氨基(全氟烷基)₂；并且其中Z选自H和适合的抗衡阳离子。在一些实施例中，所述聚合物是全氟化的。在一些实施例中，R_f基团是(-CF₂-)_n基团，其中n是1至6，或者n是1至4，或者n是2至3，或者n是3。在一些实施例中，m为1。在一些实施例中，p是1至10。

在一些实施例中，本发明所述的聚合物包括根据化学式VI的侧基：

-R³-SO₂-NZ-SO₂(CF₂)_nSO₃Y   (VI)