[发明专利]一种锶配位聚合物及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种锶配位聚合物及其制备方法和应用，所述锶配位聚合物的化学式为{[Sr₄(hedpH₂)₄(μ₂‑H₂O)₂(H₂O)₄]·4H₂O}_n，n为正整数，hedp为羟基乙叉二膦酸有机配体；所述锶配位聚合物具有较好的质子导电性能、较高的水稳定性，在55℃和98％相对湿度下本发明锶配位聚合物的电导率为4.9×10^‑3S/cm，可应用于对性能要求不高的燃料电池的质子交换膜材料中；本发明锶配位聚合物的制备方法原料易得，价格便宜，可实现较低的生产成本，并有效降低燃料电池的成本；同时采用水作为溶剂，绿色环保，生产工艺简单，反应条件温和，产率较高，易于工业化生产。

技术领域

本发明涉及配位聚合物技术领域，具体涉及一种锶配位聚合物及其制备方法，以及在质子交换膜材料中的应用。

背景技术

能源和环境是当今人类面临的两大问题。目前，化石燃料还是人类生产、生活的主要能源，但随着全球能源使用量的增长和不科学使用，化石燃料所产生的环境问题日益严重，这就迫切要求人们开发新能源。燃料电池是一种能高效地将化学能转化为电能的装置，它被视为解决能源和环境问题的最有效途径之一。在众多的燃料电池种类中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)最具有广泛应用前景。而在PEMFC中质子传导材料是其核心部件之一，其性能好坏直接决定燃料电池的性能和使用寿命。Nafion膜是目前已经成功商业化的质子传导材料，但其高昂的生产成本和使用范围小(高湿且低于80℃)等问题大大限制了其应用。因此开发廉价的质子交换膜材料是当今燃料电池领域的研究热点。

配位聚合物或金属有机骨架是由金属离子或离子簇与有机配体通过自组装形成的具有周期性骨架结构的晶体材料。近年来，因其结构具有高度可设计性，引起了科学家对其质子传导性能的研究兴趣，同时将其开发成一种可替代Nafion的材料(参见：ShimizuG.K.H.等，Science,2013,341,354；X.Meng等Chem.Soc.Rev.,2017,46,464)。

但目前大多数质子导电性好的配位聚合物都存在水稳定性差、生产成本高、难以工业化等问题，所以制备具有好的质子传导性能、水稳定性高、原料廉价且合成简便的配位聚合物材料是一个巨大的挑战。

发明内容

为了解决现有技术中质子导电配位聚合物的水稳定性差、合成成本高以及难以工业化的问题，而提供一种锶配位聚合物及其制备方法，以及在质子交换膜材料中的应用。

本发明通过以下技术方案实现：

一种锶配位聚合物，其化学式为{[Sr₄(hedpH₂)₄(μ₂-H₂O)₂(H₂O)₄]·4H₂O}_n，其中n为正整数，式中hedp为有机配体羟基乙叉二膦酸，其分子结构式如下：

进一步地，所述锶配位聚合物为三斜晶系的晶体结构，P-1空间群，晶胞参数为：α＝101.879(3)°，β＝91.601(3)°，γ＝94.329(3)°。

进一步地，所述锶配位聚合物具有不对称结构单元，所述不对称结构单元里包含四个锶离子(标记Sr1、Sr2、Sr3、Sr4)，四个有机配体离子，六个配位水(其中两个为桥连配位水)和四个晶格水。

本发明另一方面提供一种上述锶配位聚合物的制备方法，