[发明专利]一种改性UiO-66-NH2

说明书

本发明公开了一种改性UiO‑66‑NHsubgt;2/subgt;材料作为质子传导材料的应用，所述改性UiO‑66‑NHsubgt;2/subgt;材料由间苯二甲醛和3,5‑二氨基‑1,2,4‑三氮唑与UiO‑66‑NHsubgt;2/subgt;表面的‑NHsubgt;2/subgt;基团发生席夫碱反应获得。本发明采用简单的后合成修饰方式对UiO‑66‑NHsubgt;2/subgt;进行一步改性，提高了UiO‑66‑NHsubgt;2/subgt;的质子传导率，改性UiO‑66‑NHsubgt;2/subgt;材料在宽工作温度范围内表现出非常高的质子传导率，其性能相对于未改性之前提高了三个数量级，且在高温高相对湿度环境下长期循环测试仍能保持几乎不变的质子传导率，可以作为潜在的质子导体广泛应用于电化学器件、传感器以及燃料电池等。

技术领域

本发明涉及一种改性UiO-66-NH₂材料作为质子传导材料的应用，属于燃料电池技术领域。

背景技术

随着世界经济的快速发展，全球能源需求的不断增加和不可再生资源的巨大消耗，已经带来了严重的能源危机。在这种背景下，开发新能源已经成为人们亟待解决的问题。质子交换膜燃料电池具有能量转换率高、发电无污染、无噪音等优势，有望成为一种绿色可持续的能源来源，而质子交换膜是其中最核心的部分。目前，商业上使用的质子交换膜以全氟磺酸(Nafion)为主，其在60-80℃和98％RH下具有高于10^-2S cm^-1的质子传导率。然而，Nafion的价格昂贵、制作工艺复杂且不能在高温环境下使用，所以其应用受到了限制。近年来，为了开发性能优异并且能够长期循环使用的导电材料进行了大量的探索，如有机聚合物、无机材料等多种类型的导电材料相继被开发出来。其中，金属有机框架化合物(MOF)作为一种新型的质子传导材料，其具有高结晶性以及结构和性能的可调性，相比于其它类型的材料，MOF的明显优势在于其具有精确的结构信息，因而可以从分子级别上深入地研究质子传导机理。此外，MOF材料中含有高浓度的酸性基团和水分子以及连续的氢键网络，为质子的传递提供了载体和传输通道。但是对于大多数的MOF材料而言，长期稳定性仍然是一个面向实际应用的巨大阻碍。目前为止，具有化学稳定性的MOF材料依然只有很少的报道，主要是因为活性基团和弱配位键的存在。因此，构建结构稳定的MOF材料对研究其质子传导性能尤为重要。

UiO-66-NH₂是少数几种结构稳定的MOF材料之一，其由ZrCl₄或ZrOCl₂·8H₂O与2-氨基对苯二甲酸通过配位作用组装形成。UiO-66-NH₂具有优异的热稳定性和耐水、耐酸碱等属性，其作为质子传导材料已经吸引了广泛的关注，但是其质子传导率相比于目前报道的具有超高导电性能(10^-1S cm^-1)的MOF材料仍然存在一定的差距，因而有必要研究提高其性能的改性方法。

发明内容

针对现有的UiO-66-NH₂导电材料存在的不足，本发明的目的是在于提供一种改性UiO-66-NH₂材料作为质子传导材料的应用，采用简单的后合成修饰方式对UiO-66-NH₂进行一步改性，提高了UiO-66-NH₂的质子传导率，改性UiO-66-NH₂材料在宽工作温度范围内表现出非常高的质子传导率，其性能相对于未改性之前提高了三个数量级，且在高温高相对湿度环境下长期循环测试仍能保持几乎不变的质子传导率，可以作为潜在的质子导体广泛应用于电化学器件、传感器以及燃料电池等。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种改性UiO-66-NH₂材料作为质子传导材料的应用，所述改性UiO-66-NH₂材料由间苯二甲醛和3,5-二氨基-1,2,4-三氮唑与UiO-66-NH₂表面的-NH₂基团发生席夫碱反应获得。