[发明专利]一种改性纳米颗粒物复合的质子交换膜及其制备方法

权利要求书

1.一种添加表面修饰的纳米颗粒的质子交换膜，其特征在于，所述的质子交换膜中表面修饰的纳米颗粒的质量百分数为0.5％～50％，其余为质子交换树脂的质量百分数。

2.如权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于所述的质子交换树脂，选自全氟磺酸树脂、磺化聚苯并咪唑、磺化聚苯硫醚树脂、磺化聚醚醚酮树脂、磺化聚砜类树脂、磺化聚苯乙烯树脂、磺化聚磷腈、磺化聚酰亚胺树脂中的任一种或它们按不同比例混合的树脂。

3.如权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于表面修饰的纳米颗粒是无机有机杂化材料，其中无机部分选取纳米TiO₂、纳米SiO₂和纳米二元氧化物TiO₂-SiO₂(Ti∶Si＝M∶N；M，N可为任一比例)中的任一种。纳米TiO₂、纳米SiO₂和纳米二元氧化物TiO₂-SiO₂的粒径分别为10～1000nm、10～1000nm和10～1000nm。

4.如权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于表面修饰的纳米颗粒中的有机部分选取硅烷偶联剂RSiX₃(R为带有氨基或者氯原子的基团，X为甲氧基或者乙氧基等)、萘磺酸衍生物、苯磺酸衍生物、戊二醛、NH₂CH₂(XCH₂)_mNH₂(X＝O，NH，CH₂，Ar等，m＝1～10)和乙烯亚胺NH₂(CH₂CH₂NH)_nCH₂CH₂NH₂(n为非零的自然数)中的某一部分为原料。

5.如权利要求1所述的质子交换膜的制备方法，其特征在于制备步骤包括：

1)纳米颗粒先与硅烷偶联剂反应使颗粒表面功能化，再与其他化合物作用从而引入更多的有机基团，最后制得所需要的表面修饰的纳米颗粒；

2)称取一定量的表面修饰的纳米颗粒添加到N，N-二甲基甲酰胺(DMF)(或者二甲基亚砜DMSO)溶液中，超声波振荡0.5h，除气泡得到纳米颗粒-DMF溶液；

3)将一定量的质子交换树脂溶解到DMF溶液中，超声波振荡除气泡得到质量分数为5％左右的树脂-DMF溶液。向步骤2)制备的纳米颗粒-DMF溶液中加入树脂-DMF溶液，超声波振荡得成膜液；

4)将成膜液倒入平底玻璃容器中，把容器放入恒温干燥箱中在分别在60℃、80℃下处理2h，再升温至100℃处理12h，取出培养皿自然冷却至室温；

5)依次用摩尔浓度为0.5M～1.0M的H₂SO₄溶液(或者H₃PO₄溶液)和去离子水浸泡2h，取出后用滤纸吸去表面的水分，即得添加表面修饰的纳米颗粒的质子交换膜。