【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合膜材料，具体涉及一种交联型膜材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、碱性膜燃料电池(aemfc)的阴极氧还原反应速率较快，可使用非贵金属作为催化剂，利于燃料电池的大规模应用。阴离子交换膜(aem)是aemfc的核心部件，aem主要由聚合物主链和传递oh-离子的阳离子基团所构成，聚合物主链为具有优异机械性能和热稳定性的长链高分子材料，大多为聚苯醚、聚芳醚砜或聚芳醚酮。然而，aemfc需要在高温(60℃)和强碱性(ph>14)条件下运行，聚芳醚类主链在aemfc的运行条件下的化学稳定性较差，尤其是当主链中含有吸电子基团(如砜基)时，醚氧键易水解断裂发生溶胀，影响aem的尺寸稳定性，从而影响aemfc的性能。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种交联型膜材料及其制备方法和应用，本专利技术提供的交联型膜材料不易发生溶胀具有良好的尺寸稳定性。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种交联型膜材料，包括聚芳基吲哚聚合物主链和与所述聚芳基吲哚聚合物主链交联的改性氧化石墨烯；
3、所述改性氧化石墨烯为接枝有取代酰胺基团的氧化石墨烯，所述取代酰胺基团为
4、所述聚芳基吲哚聚合物主链具有式ⅰ所示结构式：
5、
6、其中，包括
7、n为1～5任一整数，x为0.8～0.98。
8、优选的，n为1、3或5，x为0.9～0.95。
9、本专利技术还提供了上述技术方案所述交联
10、将氧化石墨烯、氯乙酸钠、碱性物质和水混合，进行氧化反应，得到羧基化氧化石墨烯；
11、将所述羧基化氧化石墨烯、n-羟基琥珀酰亚胺、n-(3-二甲基氨基丙基)-n'-乙基碳二亚胺盐酸盐、3-二甲氨基-1-丙胺和水混合，进行酰胺化反应，得到胺基功能化的氧化石墨烯；
12、将2,3-二酮二氢吲哚、氢化钠、二卤代烷烃和第一有机溶剂混合，进行n-烷基化反应，得到溴烷基吲哚-2,3-二酮单体；
13、将所述溴烷基吲哚-2,3-二酮单体、芳烃单体、超酸和第二有机溶剂混合，进行超酸催化反应，得到聚芳基吲哚聚合物；
14、将所述聚芳基吲哚聚合物溶解于第三有机溶剂后和胺基功能化的氧化石墨烯混合后成膜，得到初级膜材料；
15、将所述初级膜材料依次浸泡于三甲胺水溶液和强碱溶液中，得到所述交联型膜材料。
16、优选的，所述碱性物质为氢氧化钠或氢氧化钾；
17、所述氧化石墨烯与碱性物质的质量比为1:40～60；所述氧化石墨烯与氯乙酸钠的质量比为1:40～60；
18、所述氧化反应的时间为46～50h。
19、优选的，所述羧基化氧化石墨烯和n-(3-二甲基氨基丙基)-n'-乙基碳二亚胺盐酸盐的质量比为1:1.2～2；
20、所述n-羟基琥珀酰亚胺和n-(3-二甲基氨基丙基)-n'-乙基碳二亚胺盐酸盐的质量比为1～2:4；
21、所述羧基化氧化石墨烯与3-二甲氨基-1-丙胺的质量比为1:1～3；
22、所述酰胺化反应的时间为46～50h。
23、优选的，所述二卤代烷烃包括1,2-二溴乙烷、1,4-二溴丁烷或1,6-二溴己烷；
24、所述第一有机溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、n,n-二甲基乙酰胺和n-甲基吡咯烷酮中的一种或两种；
25、所述2,3-二酮二氢吲哚和氢化钠的摩尔比为1:1～2；
26、所述2,3-二酮二氢吲哚和二卤代烷烃的摩尔比为2:3～5；
27、所述n-烷基化反应的时间为10～14h。
28、优选的，所述芳烃单体包括联苯、三联苯和四联苯中的一种或两种；
29、所述超酸包括三氟甲磺酸和/或三氟乙酸；
30、所述第二有机溶剂包括二氯乙烷、二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺和n-甲基吡咯烷酮中的一种或两种；
31、所述溴烷基吲哚-2,3-二酮单体和芳烃单体的摩尔比为1:0.8～1.2；
32、所述溴烷基吲哚-2,3-二酮单体的质量和超酸的体积比为3.1g:9～11ml；
33、所述超酸催化反应的时间为2.5～3.5h。
34、优选的，所述第三有机溶剂包括n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺和n-甲基吡咯烷酮中的一种或两种；
35、所述聚芳基吲哚聚合物和胺基功能化的氧化石墨烯的质量比为0.2～20:100。
36、优选的，所述三甲胺水溶液的质量浓度为20～40％；
37、所述强碱溶液包括氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液；
38、所述强碱溶液的摩尔浓度为0.8～1.2mol/l。
39、本专利技术还提供了上述技术方案所述交联型膜材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的交联型膜材料在碱性膜燃料电池中的应用。
40、本专利技术提供了一种交联型膜材料，包括改性氧化石墨烯和与所述改性氧化石墨烯交联的聚芳基吲哚聚合物基团；所述改性氧化石墨烯为接枝有酰胺基团的氧化石墨烯；所述聚芳基吲哚聚合物基团具有式ⅰ所示结构式：
41、
42、其中，包括n为1～5任一整数，x为0.8～0.98。在本专利技术中，胺基功能化氧化石墨烯作为交联剂和填充剂与聚芳基吲哚聚合物结合形成交联结构，在保证交联型膜材料具有良好离子传导率的同时提高其机械性能和化学稳定性，从而提高交联型膜材料的尺寸稳定性抑制交联型膜材料发生溶胀，以保证碱性膜燃料电池的电化学性能。
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1.一种交联型膜材料，包括聚芳基吲哚聚合物主链和与所述聚芳基吲哚聚合物主链交联的改性氧化石墨烯；
2.根据权利要求1所述交联型膜材料，其特征在于，n为1、3或5，x为0.9～0.95。
3.权利要求1或2所述交联型膜材料的制备方法，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述碱性物质为氢氧化钠或氢氧化钾；
5.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述羧基化氧化石墨烯和N-(3-二甲基氨基丙基)-N'-乙基碳二亚胺盐酸盐的质量比为1:1.2～2；
6.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述二卤代烷烃包括1,2-二溴乙烷、1,4-二溴丁烷或1,6-二溴己烷；
7.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述芳烃单体包括联苯、三联苯和四联苯中的一种或两种；
8.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述第三有机溶剂包括N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的一种或两种；
9.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述三甲胺
10.权利要求1或2所述交联型膜材料或权利要求3～9任一项所述的制备方法制备得到的交联型膜材料在碱性膜燃料电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种交联型膜材料，包括聚芳基吲哚聚合物主链和与所述聚芳基吲哚聚合物主链交联的改性氧化石墨烯；
2.根据权利要求1所述交联型膜材料，其特征在于，n为1、3或5，x为0.9～0.95。
3.权利要求1或2所述交联型膜材料的制备方法，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述碱性物质为氢氧化钠或氢氧化钾；
5.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述羧基化氧化石墨烯和n-(3-二甲基氨基丙基)-n'-乙基碳二亚胺盐酸盐的质量比为1:1.2～2；
6.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：于书淳，周佩，刘崇，赵天浩，潘宏阳，曲明阳，张羲天，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：
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