【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于功能高分子材料制備
，具體涉及與應(yīng)用。
技術(shù)介紹
燃料電池作為新型一代發(fā)電技術(shù)，以其綠色、高效的特點(diǎn)日益受到人們的關(guān)注。以高分質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)的質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是燃料電池中的突出代表，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、能量效率高、環(huán)境友好零排放、可低溫快速啟動等，在汽車動力電源、分布式小型供電站等方面展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景，各國政府和大企業(yè)無不對之投入巨資進(jìn)行研發(fā)。PEMFC的核心材料是質(zhì)子交換膜，也叫聚合物電解質(zhì)膜，在電池中起到傳輸質(zhì)子、阻隔燃料與空氣的作用。目前唯一商品化的質(zhì)子交換膜是全氟磺酸膜，它具有高的質(zhì)子電導(dǎo)率、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定，缺點(diǎn)是成本高、使用溫度低(80°C或以下)，較低的溫度操作條件使燃料電池在實(shí)際應(yīng)用時(shí)面臨諸如催化劑CO中毒，系統(tǒng)的水熱管理困難以及熱能的回收利用率低等許多問題，造成燃料電池發(fā)電系統(tǒng)散熱困難、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及總能效低下等實(shí)際問題，而要提高PEMFC的運(yùn)行溫度，必須開發(fā)新型耐高溫質(zhì)子交換膜材料。聚苯并咪唑由于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高，與磷酸等無機(jī)酸摻雜后，可實(shí)現(xiàn)較無水條件及較高溫度下的質(zhì)子傳導(dǎo)，被認(rèn)為是耐高溫質(zhì)子交換膜理想材料。但是在氫空PEMFC電池運(yùn)行中，必須要考慮膜的耐氧化穩(wěn)定性，這是由于PEMFC陰極電極反應(yīng)過程中生成的H2O2以及-OH或/和-OOH自由基會侵蝕膜中的分子鏈，造成膜的氧化降解。由于聚苯并咪唑主鏈為碳碳鍵及碳?xì)滏I，其耐氧化穩(wěn)定性與全氟磺酸膜相比還有待進(jìn)一步提高。同時(shí)，傳統(tǒng)的聚苯并咪唑材料因其分子鏈剛性結(jié)構(gòu)及分子間作用力強(qiáng)，導(dǎo)致這類材料溶解性能差。制膜困難，因此，提高通過分子設(shè)計(jì)，提高聚苯并咪...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
結(jié)構(gòu)通式如式3所示的化合物：式3中，Ar為取代基X1、X2、X3、X4均任選為H或F，且其中至少一個為F。FDA0000105255290000011.tif,FDA0000105255290000012.tif
【技術(shù)特征摘要】
1.構(gòu)通式如式3所示的化合物:2.備權(quán)利要求1中式3所示化合物的方法，包括下述步驟: 1)在惰性氣氛保護(hù)下，將式I所示化合物、水合肼及多聚磷酸混合后加熱至50-80°C使反應(yīng)物溶解，然后再升溫至120-20(TC進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后將反應(yīng)混合物傾入去離子水中，過濾收集沉淀，將所得沉淀經(jīng)堿水洗滌，得到式2所示化合物；3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:步驟I)中，式I所示的化合物、水合肼及多聚磷酸的摩爾份數(shù)比為2-2.2: I: 5-20，優(yōu)選2.1: I: 15 ;所述惰性氣氛為氮?dú)饣驓鍤鈿夥眨凰龇磻?yīng)的反應(yīng)時(shí)間為8-24小時(shí),優(yōu)選15小時(shí)； 步驟2)中，所述氧化劑為高錳酸鉀；所述式2所示化合物與所述氧化劑的摩爾份數(shù)比為1: 3-10，優(yōu)選1: 4 ;所述氧化反應(yīng)的反應(yīng)溶劑為水與吡啶的混合溶劑，其中，水與吡啶質(zhì)量比為1: (0.5-2.5)，優(yōu)選1:1 ;所述氧化反應(yīng)在回流狀態(tài)下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為2-100小時(shí)，優(yōu)選20小時(shí)。4.構(gòu)通式如式4所示的聚苯并咪唑聚合物:5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的聚合物，其特征在于:所述式4中n不等于0，所述式4 中 n: m = (0.1-1): (0.1-1)或 n: m = (0.3-0.9): (0.3-0.9)或 n: m =(0.2-0.8): (0.2-0.8)。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的聚合物，其特征在于:所述式4所示的聚合物的數(shù)均分子量為I X 104-20 X IO4,優(yōu)選數(shù)均分子量為8 X IO4-1O X IO4 ； 所述式4所示的聚合物為所述式4中所示兩部分重復(fù)結(jié)構(gòu)單元組成的無規(guī)共聚物、嵌段共聚物或交替共聚物。7.備權(quán)利要求4中式4所示聚苯并咪唑聚合物的方法，包括下述步驟: 在惰性氣氛保護(hù)下，將所述式3所示化合物、復(fù)合二酸單體、四胺單體與多聚磷酸混勻，或?qū)⑺鍪?所示化合物、四胺單體與多聚磷酸混勻；先在60-80°C進(jìn)行反應(yīng)，再升溫至120-140°C進(jìn)行反應(yīng)，最后升溫至160-250°C進(jìn)行反應(yīng)，得到含式4所示聚苯并咪唑聚合物的溶液； 其中，所述復(fù)合二酸單體選自下述任意一種:間苯二甲酸、對苯二甲酸、2，6 二羧基吡啶、3，5 二羧基吡啶、1，4_雙(4-羧基)-苯氧基-苯、1，3_雙(4-羧基)-苯氧基-苯、1，3-雙(3-竣基)-苯氧基_苯、1,4-雙(3_竣基)-苯氧基_苯、5-(3, 5-二氣甲基-苯氧基)-間苯二甲酸、I，2-雙三氟甲基_3，4-雙((4-羧基)-苯基)甲烷和5-磺酸鈉基-間苯二甲酸；所述四胺單體選自下述任意一種:3，3’，4，4’ ...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：尚玉明，王樹博，王金海，王要武，謝曉峰，李存璞，
申請(專利權(quán))人：清華大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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