一种阴离子交换膜电解水制氢用季铵型聚联苯亚烷类阴离子交换膜及其制备方法

本发明涉及高分子化学和阴离子交换膜电解水制氢领域，尤其涉及一种阴离子交换膜电解水制氢用季铵型聚联苯亚烷类阴离子交换膜及其制备方法。

背景技术：

1、聚合物电解质离子交换膜作为水电解槽制氢和燃料电池的关键部件，在传输离子以及隔绝h2和o2方面起着至关重要的作用，膜性能的好坏决定了水电解槽制氢和燃料电池的工作效率和使用寿命。质子交换膜水电解槽制氢是最先研发出的聚合物电解质膜水电解槽制氢系统，也是目前最接近商业化的电解水制氢系统。但是质子交换膜需使用贵金属作为催化剂，大大增加了电解水制氢的使用成本；阴离子交换膜电解水制氢由于其在使用不含铂族等贵金属的催化剂时具有良好的功率密度和显著的成本优势，近年来受到能源界的广泛关注。

2、目前研发的阴离子交换膜仍然存在耐碱稳定性差、离子电导率较低的问题。阴离子交换膜的结构完整性受到oh-亲核攻击发生降解，尤其是阳离子。此外，oh-离子在水溶液中的迁移率比h+低，这通常使得aem难以达到与相应质子交换膜相同的电导率。

3、(hydrogen energy,2021,46,8156-8166)报道了一种侧链为长烷基链的聚醚醚酮类阴离子交换膜；但是由于主链含芳基醚键导致其耐碱稳定性不佳，1m koh溶液中浸泡30天后离子电导率损失了39.7％。(journal of membrane science,2022,120342)报道了一种具有优异柔韧性和稳定性的侧链为长烷基链的聚芳基亚烷类阴离子交换膜。有效的增强了膜的尺寸稳定性，且不会使离子电导率损失。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供阴离子交换膜电解水制氢用季铵型聚联苯亚烷类阴离子交换膜及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种阴离子交换膜电解水制氢用季铵型聚联苯亚烷类阴离子交换膜，该季铵型聚联苯亚烷类阴离子交换膜由联苯、7-溴-1,1,1-三氟庚烷-2-酮、2,2,2-三氟苯乙酮、三甲基胺、吡啶和n-甲基哌啶聚合制得；该季铵型聚联苯亚烷类阴离子交换膜的结构式如下：

3、

4、qa代表不同的季铵阳离子基团，分别为季铵阳离子、哌啶阳离子、和吡啶阳离子。

5、本发明还公开了一种阴离子交换膜电解水制氢用季铵型聚联苯亚烷类阴离子交换膜制备方法，包括上述所述的一种阴离子交换膜电解水制氢用季铵型聚联苯亚烷类阴离子交换膜，该季铵型聚联苯亚烷类阴离子交换膜制备方法具体包括以下步骤：

6、(1)制备聚联苯亚烷主链：在冰浴条件下依次将联苯、7-溴-1,1,1-三氟庚-2-酮、2,2,2-三氟苯乙酮、添加到二氯甲烷，待全部溶解后滴加三氟甲烷磺酸，缓慢升至室温反应12h，得到粘稠的粗产物；将所得粗产物用热的甲醇溶液洗涤、干燥，得到白色纤维状固体；用氯仿将粗产物重新溶解，再次用热的甲醇溶液洗涤、真空干燥，得到聚联苯亚烷主链；

7、(2)制备离聚物，将步骤(1)得到的聚联苯亚烷主链溶于thf溶液中，分别加入三甲基胺、吡啶和n-甲基哌啶，50℃下反应48h，将反应溶液倒入乙醚中沉淀，洗涤、干燥得到离聚物；

8、(3)制备季铵型聚联苯亚烷类阴离子交换膜：将步骤(2)中的离聚物溶解在二甲基亚砜中，溶解并过滤杂质，然后倒入干净的聚四氟乙烯模具中，在80℃的真空烘箱中干燥12h，再将干燥后的膜进行碱化处理，待膜上的br-完全置换成oh-，再用去离子水清洗表面，得到季铵型聚联苯亚烷类阴离子交换膜。

9、本发明有益效果：本发明成功制备了同时具有离子电导率高及耐碱稳定性强的电解水制氢用季铵型聚联苯亚烷类阴离子交换膜，且制备方法简单，原料易得，成本低，在应用于电解水制氢领域具有良好的发展前景。

技术特征：

1.一种阴离子交换膜电解水制氢用季铵型聚联苯亚烷类阴离子交换膜，其特征在于：该季铵型聚联苯亚烷类阴离子交换膜由联苯、7-溴-1,1,1-三氟庚烷-2-酮、2,2,2-三氟苯乙酮、三甲基胺、吡啶和n-甲基哌啶聚合制得；该季铵型聚联苯亚烷类阴离子交换膜的结构式如下：

2.一种阴离子交换膜电解水制氢用季铵型聚联苯亚烷类阴离子交换膜制备方法，其特征在于：包括权利要求1所述的一种阴离子交换膜电解水制氢用季铵型聚联苯亚烷类阴离子交换膜，该季铵型聚联苯亚烷类阴离子交换膜制备方法具体包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种阴离子交换膜电解水制氢用季铵型聚联苯亚烷类阴离子交换膜及其制备方法，制备方法包括：(1)将联苯与7‑溴‑1,1,1‑三氟庚烷‑2‑酮、2,2,2‑三氟苯乙酮发生傅克羟烷基化反应得到聚联苯亚烷主链；(2)将(1)制得的聚联苯亚烷溶解后分别与三甲基胺、吡啶和N‑甲基哌啶反应得到相应的离聚体；(3)将(2)制得的离聚体配置成溶液过滤后倒在聚四氟乙烯磨具中，静置后真空干燥得到电解水制氢用季铵型聚联苯亚烷类阴离子交换膜；本发明成功制备了同时具有离子电导率高及耐碱稳定性强的电解水制氢用的季铵型聚联苯亚烷类阴离子交换膜，且制备方法简单，原料易得，成本低，在应用于电解水制氢领域具有良好的发展前景。

技术研发人员：兰新雨,赵春辉,刘智聪,王峻,刘莘蕊,黄汶华
受保护的技术使用者：南昌航空大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15