[发明专利]层状双金属氢氧化物/季铵化聚乙烯醇复合膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种层状双金属氢氧化物/季铵化聚乙烯醇复合膜，该复合膜由大小为300～600nm的LDH与季铵化聚乙烯醇QPVA在溶液中自组装制得，该复合膜的平均厚度为25μm。该复合膜的制备是制备LDH纳米片分散液；配制质量浓度为0.5～1％的QPVA水溶液，并与LDH纳米片分散液共混，QPVA与QPVA和LDH质量之和的质量百分比为10～40％；然后，加入质量浓度为50％的戊二醛溶液得到混合分散液；真空辅助抽滤，制得层状双金属氢氧化物/季铵化聚乙烯醇复合膜。本发明选用LDH构筑二维阴离子导体，通过剥离手段，充分利用LDH纳米片固有的阴离子传递特性。在LDH层内引入亲水性高分子链段，构筑仿珍珠层砖‑泥结构，基于有机‑无机界面处丰富的氢键、共价键相互作用，强化复合离子导体的机械性能。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种层状双金属氢氧化物/季铵化聚乙烯醇复合膜及其制备方法。

背景技术

固态离子导体在燃料电池、二次电池、电容器、传感器等能源领域应用广泛，由于具有高比表面、纵横比及单(多)原子层厚度等结构特点，近年来，利用二维材料构筑长程有序的离子传递通道、开发新型固态离子导体受到了广泛关注。应用于阴离子传递，目前可供选择的二维材料主要分为两大类：一类以氧化石墨烯为代表，其本身不具有阴离子传导性能，需要通过季铵类基团修饰或在层间引入具有超高阴离子传递特性的有机物实现高效阴离子导体的制备。另一类以层状双金属氢氧化物(LDH)为代表，无需进行繁琐的表面修饰，其本身即具备优异的阴离子传递特性。

尽管LDH具有良好的阴离子传递特性，利用LDH纳米片组装制得的阴离子导体质脆、机械强度差，无法满足实际应用需求。受自然界珍珠层结构启发，在LDH层间引入富含亲水基团的有机组分，有望引入多种界面相互作用，有效强化组装膜的机械性能。

目前，利用LDH纳米片与亲水有机组分共同组装，制备高效二维阴离子导体仍未见报道。

发明内容

针对现有技术，本发明基于二维材料开发高效阴离子导体，提供一种层状双金属氢氧化物/季铵化聚乙烯醇复合膜及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种层状双金属氢氧化物/季铵化聚乙烯醇复合膜，该复合膜由大小为300～600nm的层状双金属氢氧化物纳米片与季铵化聚乙烯醇在溶液中自组装制得，该复合膜的平均厚度为25μm。

上述层状双金属氢氧化物/季铵化聚乙烯醇复合膜的制备方法，步骤如下：

步骤一、制备层状双金属氢氧化物纳米片分散液：

步骤二、制备季铵化聚乙烯醇：

将质量浓度为10％的聚乙烯醇水溶液与摩尔浓度为2M的氢氧化钾溶液共混，然后向该混合液中加入环氧丙基三甲基氯化铵，所述环氧丙基三甲基氯化铵与聚乙烯醇的质量比为1.5:1；在65℃下搅拌4～6h，产物在过量乙醇中析出，用乙醇多次洗涤后干燥得到季铵化聚乙烯醇；

步骤三、利用步骤二制得的季铵化聚乙烯醇配制质量浓度为0.5～1季铵化聚乙烯醇水溶液，将制得的季铵化聚乙烯醇水溶液与步骤一制得的LDH纳米片分散液共混，其中，季铵化聚乙烯醇与季铵化聚乙烯醇和层状双金属氢氧化物质量之和的质量百分比为10～40％；然后，加入质量浓度为50％的戊二醛溶液得到混合分散液，其中，所述戊二醛的添加量为季铵化聚乙烯醇与层状双金属氢氧化物纳米片质量之和的四分之一；将该混合分散液进行真空辅助抽滤，即在60～80℃条件下真空干燥8～12h后制得层状双金属氢氧化物/季铵化聚乙烯醇复合膜。