[发明专利]Nafion/磷酸负载共价有机骨架材料复合膜及制备和应用

摘要

本发明公开了一种Nafion/磷酸负载共价有机骨架材料复合膜，该复合膜厚度为70～100微米，是由Nafion与磷酸负载的共价有机骨架材料构成，其中，磷酸负载的共价有机骨架材料与Nafion质量比为0.05～0.2：1。其制备过程包括：合成共价有机骨架材料；利用真空辅助法将磷酸分子载入共价有机骨架材料的孔道内，得磷酸负载共价有机骨架材料；磷酸负载共价有机骨架材料与Nafion溶液共混得铸膜液，经流延法制得该复合膜。本发明复合膜的所需材料廉价易得，制备过程简便可控，制得的Nafion/磷酸负载共价有机骨架材料复合膜应用于质子交换膜燃料电池，在饱和湿度及低湿度下均具有较高的质子传导率。

主权项

1.一种Nafion/磷酸负载共价有机骨架材料复合膜，该Nafion/磷酸负载共价有机骨架材料复合膜的厚度为70～100微米，由Nafion与磷酸负载的共价有机骨架构成，其中，磷酸负载共价有机骨架与Nafion质量比为0.05～0.2:1；其特征在于：具体步骤如下：步骤一、共价有机骨架材料的制备：将三聚氰胺、对苯二甲醛按质量比为0.2～1:1溶解在二甲基亚砜中形成混合物，其中，三聚氰胺质量体积浓度为0.01～0.1g/mL；将该混合物在180℃下搅拌48～72h；将混合物冷却至室温，抽滤，洗涤，干燥，得到共价有机骨架材料；步骤二、磷酸负载共价有机骨架材料：将步骤一得到的共价有机骨架材料置于索氏提取器，以二氯甲烷为溶剂回流处理24h；将得到的固体置于Schlenk反应管中，于120℃下抽真空12～24h；待该Schlenk反应管温度降至80℃，向真空状态下的共价有机骨架材料加入磷酸水溶液搅拌1～6h，其中，磷酸的质量百分数为20～50％，共价有机骨架材料质量体积浓度为0.01～0.1g/mL，恢复常压后继续搅拌12h；抽滤，洗涤，干燥，得到磷酸负载的共价有机骨架材料；步骤三、复合膜制备与成膜：室温搅拌下，将Nafion加入到N,N‑二甲基甲酰胺溶剂中配制成质量体积浓度为0.05～0.2g/mL的Nafion溶液；将步骤二得到的磷酸负载共价有机骨架材料加入到上述Nafion溶液中，磷酸负载共价有机骨架材料与Nafion质量比为0.05～0.2：1，搅拌12h，得到铸膜液；将铸膜液静置1～3h脱泡后在玻璃板上流延，80℃下干燥12h，120℃下处理12h，将膜揭下，依次置于体积分数为3％的双氧水溶液、1mol/L的硫酸水溶液、去离子水中均分别在80℃下浸泡1h，最终得到Nafion/磷酸负载共价有机骨架材料复合膜。