一种含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜及其制备方法和应用

技术特征：
1.一种含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜，其特征在于，该含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜中含三唑基长侧链的聚苯醚(ppo-g-nqa)的结构如式ⅰ所示：其中，m＝0.1～0.9，n＝1～4；g为三唑功能基团；qa为季铵盐基团；n是三唑功能基团和季铵盐氮原子之间的亚甲基数目。2.根据权利要求1所述含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜，其特征在于，所述g三唑功能基团，有如下几种构型：3.一种权利要求1所述含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜的制备方法，其特征在于，其制备步骤如下：(1)季铵盐的炔基功能化：在惰性气体的保护下，用三甲胺(tma)氨基化卤素修饰的末端炔。将三甲胺溶于溶剂a中，将该溶液和卤素修饰的末端炔、溶剂b加入250ml～1l的圆底烧瓶，在20～130℃条件下反应1～24h；再将反应后的溶液进行过滤，洗涤，真空干燥，即得到炔基功能化的季铵盐qa-n；(2)cu(i)催化叠氮化-炔基环加成(cuaac)反应：在惰性气体气氛下，将叠氮功能化的共聚物ppo-n
3-m、炔基功能化的季铵盐qa-n、催化剂、cubr和溶剂c加入到史莱克瓶中。通过几个冷冻解冻泵循环周期进行脱气，使瓶中充满氩气，在20～100℃下搅拌2～72h；将反应后的溶液加入去离子水中，用水冲洗至少三次固体产品，除去催化剂，然后在40～100℃条件下真空干燥1～48h，即得ppo-g-nqa共聚物；(3)含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜的制备：以ppo-g-nqa聚合物为原料，采用传统的溶液铸造法制备阴离子交换膜aems；将溴或碘形式的阴离子导电共聚物ppo-g-nqa溶于溶剂d中配置成质量百分比浓度为3％～10％的均匀溶液，并将其倒在干净的培养皿中；然
后在40～100℃干燥1～48h后，再在40～60℃真空干燥1～48h后成膜；然后将膜浸泡在1m nahco3或1m naoh中24～72h，充分置换后，再用去离子水彻底清洗，在测试前将其储存在去离子水中浸泡至中性，用流动氩气脱气30min，即得含三唑基长侧链聚苯醚阴离子膜；优选的，所述溶剂d为二甲基亚砜、n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺或n-甲基吡咯烷酮。4.根据权利要求3所述含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述炔基功能化的季铵盐qa-n的结构如式ⅱ所示：式中n是炔基和三甲胺基中n原子之间的亚甲基数目，n＝1～4。5.根据权利要求3所述含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述溶剂a为四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、二氯乙烷或1,1,2,2-四氯乙烷；所述三甲胺在溶剂a中的浓度不大于20％；所述溶剂b为甲苯、乙苯、氯苯、二甲苯、三甲苯、苯乙烯、苯酚、苯胺等可以和三甲胺、溶剂a、卤素修饰的末端炔互溶或部分互溶的溶剂。6.根据权利要求3所述含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述卤素修饰的末端炔独立的选自6-氯-1-己炔，6-碘-1-己炔，5-氯-1-戊炔，5-碘-1-戊炔，4-氯-1-丁炔，4-碘-1-丁炔，4-溴-1-丁炔和丙炔基溴等卤素取代的末端炔；其中炔基化试剂卤素修饰的末端炔与三甲胺的摩尔比为0.2～1。7.根据权利要求3所述含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述叠氮功能化的共聚物ppo-n
3-m的结构如式ⅲ所示，式中，m＝0.1～0.9。8.根据权利要求3所述含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述溶剂c为n-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺或环丁砜；所述叠氮功能化的共聚物ppo-n
3-m在溶剂c中的浓度为1％～30％；所述叠氮功能化的共聚物ppo-n
3-m(m＝0.1～0.9)中叠氮化基团与炔基功能化的季铵盐qa-n的摩尔比为0.5～1。9.根据权利要求3所述含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜制备方法，其特征在于，步骤
(2)中所述催化剂为五甲基二乙烯三胺(pmdeta)、三氯化铝、四氯化锡、氯化锌、三氯化铁、五氯化锑、三氟化硼、四氯化钛、氢氟酸、硫酸、五氧化二磷、磷酸、杂多酸、阳离子交换树脂、阳离子交换蒙脱土、负载型alcl3、碳酸钾、碳酸钠、碳酸铯、氢氧化锂、氢氧化钠或氢氧化钾；所述催化剂与cubr的摩尔比为3～0.5。10.权利要求1-9中任一权利要求所述含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜或所述方法制备的阴离子膜在新能源电池中的应用，其特征在于，所述含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜可在电池中作为阴离子交换膜。

技术总结
本发明公开了一种含三唑基长侧链的聚苯醚阴离子膜及其制备方法和应用，属于膜技术领域。该膜材料以聚苯醚作为主链，通过季铵盐炔基功能化、叠氮功能化以及Cu(I)催化叠氮化-炔基环加成(CuAAC)反应，引入具有三唑基的长支链，离子化后制备的一种新型的碱性阴离子交换膜。通过引入具有三唑基的长支链，使膜具有良好的耐碱性、较高的离子传导率和优异的尺寸稳定性，同时三唑基团的引入，进一步提高了膜的氢氧根传导率，可作为碱性燃料电池用阴离子交换膜材料。换膜材料。


技术研发人员：庄小东 刘刚 袁佳熙 朱金辉 柯长春 陆陈宝 张清
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2022.04.07
技术公布日：2022/7/29