[发明专利]N1位取代的咪唑化合物与碱性阴离子交换膜及制备

说明书

技术领域

本发明属于高分子化合物领域和碱性阴离子交换膜领域，具体的 说涉及N1位烷基取代咪唑和N1位烷基取代咪唑型碱性阴离子交换 膜及制备方法。

背景技术

相比于传统的质子交换膜燃料电池，碱性阴离子交换膜燃料电池 具有电极反应动力学快，腐蚀环境较弱等优势，所以碱性阴离子交换 膜燃料电池的电极就可以采用非贵金属作为催化剂，大大降低了成 本；而与碱性燃料电池相比，碱性阴离子交换膜燃料电池又可以避免 液体电解质引起的电解质流失以及碳酸盐化等问题。所以目前关于碱 性阴离子交换膜燃料电池的研究各领域科研工作者倾注了大量的工 作。然而，碱性阴离子交换膜燃料电池尚不能大范围内生产、应用的 限制因素为碱性阴离子交换膜的性能(尤其是电导率以及稳定性)还 远不能满足碱性阴离子交换膜燃料电池的要求，因此开发研究燃料电 池用碱性阴离子交换膜成为了研究者关注的热点与重点。

目前，碱性阴离子交换膜中所采用的官能团以季铵盐结构研究的 较多，而且也比较深入。通过研究者对季铵盐型碱性阴离子交换膜的 深入研究与改进(包括增加IEC值、改变膜的相分离结构等方式)， 目前这种膜的电导率有了很大程度的提高，从10^-2Scm^-1提升到了10^-1Scm^-1或以上(参见：EnergyEnviron.Sci.,2014,7,354–360； ChemSusChem2013,6,1376–1383)。然而季铵基团在碱中的化学稳 定性仍存在一定的问题。有研究者认为季铵盐型官能团在高温、高浓 度碱条件下处理化学性质不稳定，容易被OH^-离子攻击，从而发生降 解，通常认为季铵基团的降解分为三类。第一类是OH^-攻击α-C，发 生亲核取代反应造成季铵基团的降解；第二类是OH^-离子攻击β-H， 发生Hofmann消除反应，从而造成官能团降解；第三类是OH^-离子攻 击α-H，然后通过Stevens和Sommelet-Hauser重排从而造成季铵基 团失去传导离子的能力。最近有人提出了一些可取代季铵盐官能团的 基团，比如胍基(参见：Chem.Commun.2010,46,7495–7497)、哌嗪 (参见：J.Mater.Chem.,2011,21,6158–6160)、金属阳离子型(参见： J.Am.Chem.Soc.2012,134,4493-4496)、季膦型(参见：J.Am.Chem. Soc.2012,134,18161-18164)、咪唑型(参见：Macromolecules2014, 47,208-216)等。其中以咪唑型为官能团的研究最多。而且目前的研 究结果表明以修饰的咪唑(尤其是2-甲基咪唑)为传导OH^-离子官能 团的碱性阴离子交换膜在碱中能够保持一定的化学稳定性，而且膜的 其他性能也较好(J.Mater.Chem.,2011,21,12744–12752；Chem.Mater. 2013,25,1858-1867)，显示这类膜在碱性燃料电池中具有一定的应用 前景。然而，还没有出现在N1位上进行不同烷基取代的咪唑型碱性 阴离子交换膜的相关研究。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种N1位烷 基取代的咪唑型碱性阴离子交换膜及其制备方法。

一种N1位取代的咪唑化合物R₁为C1-C10的直链烷烃；R₂为C1-C9的链状烷烃，或为C3-C6的环烷烃，或为苯基、或为联苯基。

所述N1位取代的咪唑化合物的制备方法，为于溶剂中加入强碱试剂和R₁-X，反应一段时间后对反应溶液进行萃取并干燥，得N1位取代的咪唑化合物

其中，R1为C1-C10的直链烷烃；R2为C1-C9的链状烷烃，或 为C3-C6的环烷烃，或为苯基、或为联苯基；X为Cl，Br中的一种 或两种。

所述溶剂为乙腈、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、 N-甲基吡咯烷酮中的一种或两种以上。

所述强碱试剂为NaOH、KOH、NaH、KH、LiH、叔丁醇钾、丁 基锂中的一种或两种以上。