[发明专利]一种芳醚酮/砜类聚合物、其制备方法及应用

说明书

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种芳醚酮/砜类聚合物、其制备方法及应用。芳醚酮/砜类聚合物，具有式(I)所示结构；其中，1≤n≤10000，m为1～20的整数，x为0.1～1，1≤y≤3；R₁、R₂、R₃和R₄独立地选自‑CH₃或‑H；A包括酮基或砜基；B为含N或P的阳离子基团；C包括F^‑、Cl^‑、Br^‑、I^‑、OH^‑、HCO₃^‑、PF₆^‑、NO₃^‑、HSO₃^‑、H₂PO₄^‑、COO^‑、CO₃^2‑、SO₄^2‑、HSO₃^2‑、HPO₄^2‑和PO₄^3‑中的一种。所述芳醚酮/砜类聚合物制得的阴离子交换膜具有较优的力学性能和较高的离子传导率，且具有较优的碱稳定性。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种芳醚酮/砜类聚合物、其制备方法及应用。

背景技术

阴离子交换膜燃料电池(AEMs)是一种清洁、高效、环保的新型能源技术。与质子交换膜燃料电池(PEMs)相比，氢氧根离子交换膜燃料电池在高pH环境下具有更高的电极催化活性，可以选择非贵金属催化剂组装燃料电池，实现了低成本、高性能。然而，传统的阴离子交换膜面临电导率低和碱稳定性差等问题。聚芳醚酮/砜的主链具有化学稳定性高、机械性能好等优点，但传统的后改性方法需要使用有毒的氯甲醚，而且，苄基季铵盐的存在使得聚合物膜在碱性条件下易发生降解。

为了提高聚芳醚酮/砜类阴离子交换膜在碱性条件下的稳定性，众多学者设计并制备了一系列带有不同侧链的聚合物，比如：在咪唑基团和主链之间引入长的间隔烷基链(Gaohong He,et al.,International Journal of Hydrogen Energy 2016，41,14982-4990)，通过苄基化修饰将侧链型苄基季铵基团束缚在芳香族聚合物的主链上(Liang Wu,et al.,Journal of Membrane Science 2019,574,205-211)，以及通过4-(氯甲基)苯甲酸的羧基与底物的富电子芳烃之间的苯甲酰化反应得到氯甲基苯甲酰化聚(间苯二酚醚酮)(Vijay K.Ramani,et al.,Polymer 2018,154,272-280)这些方法都有效地改善了聚合物膜的碱稳定性。

自从George Andrew Olah等人发现超强酸可用于碳正离子稳定，大量以超强酸作为催化剂的有机反应被陆续报道。而在近几年，一些研究人员实现了超酸催化聚合，这类聚合反应有着聚合温度低、时间短、分子量分布窄、不需要等当量投料等优点。但这类聚合反应对单体的活性有着严格的要求，目前得到的聚合物类型偏少。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种芳醚酮/砜类聚合物、其制备方法及应用，由本发明的芳醚酮/砜类聚合物制得的阴离子交换膜在具有较优力学性能的同时，具有较高的离子传导率。

本发明提供了一种一种芳醚酮/砜类聚合物，具有式(I)所示结构：

其中，1≤n≤10000，m为1～20的整数，x为0.1～1，1≤y≤3；

R₁、R₂、R₃和R₄独立地选自-CH₃或-H；