[发明专利]一种臭氧化石墨烯基燃料电池质子交换膜及制备方法

权利要求书

1.一种臭氧化石墨烯基燃料电池质子交换膜的制备方法，其特征在于，通过将单晶硅在酸液中超声处理，并在有机醇中浸泡制得表面活性的硅基底，然后以甲烷和氧气为气源进行高温沉积得到氧化自支撑石墨烯层，采用氢氟酸除去硅基底，然后在高压电场中进行纯氧处理，制得臭氧化石墨烯基质子交换膜，制备的具体步骤如下：

（1）将单晶硅用清水洗净后，加入质量浓度为4~8%的无机强酸或中强酸溶液中，超声波处理一定时间，然后取出并用清水洗净，放入有机醇中浸泡8~15min，取出后在室温下干燥，得到表面处理的单晶硅基底；

（2）将步骤（1）制得的单晶硅基底置入真空CVD沉积设备中，使用甲烷和氧气作为气源，通过高温气相沉积，在硅基底上得到氧化自支撑石墨烯层；

（3）使用氢氟酸剥离硅基底，得到自支撑氧化石墨烯层；

（4）将步骤（3）制得的氧化石墨烯层置入高压电场中，通入纯氧处理一定时间，氧气在高压电场中转变为臭氧，并与氧化石墨烯层结合，制得臭氧氧化石墨烯层，即臭氧化石墨烯基质子交换膜。

2.根据权利要求1所述一种臭氧化石墨烯基燃料电池质子交换膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述无机强酸为盐酸、硝酸、硫酸、氢溴酸、氢碘酸、高氯酸中的至少一种，中强酸为磷酸、氢氟酸、硒酸中的至少一种。

3.根据权利要求1所述一种臭氧化石墨烯基燃料电池质子交换膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述超声波处理时间为40~60min。

4.根据权利要求1所述一种臭氧化石墨烯基燃料电池质子交换膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述有机醇为甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、乙二醇、异丙醇、丙三醇、异丁醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇或1,4-丁二醇中的至少一种。

5.根据权利要求1所述一种臭氧化石墨烯基燃料电池质子交换膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述真空CVD沉积设备的真空度为0.01~0.1Pa。

6.根据权利要求1所述一种臭氧化石墨烯基燃料电池质子交换膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述气相沉积的温度为1000~1200℃。

7.根据权利要求1所述一种臭氧化石墨烯基燃料电池质子交换膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述氧化自支撑石墨烯层的厚度不小于10μm。

8.根据权利要求1所述一种臭氧化石墨烯基燃料电池质子交换膜的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述高压电场的电压为10~20kV。

9.根据权利要求1所述一种臭氧化石墨烯基燃料电池质子交换膜的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述纯氧处理的时间为2~3h。

10.权利要求1~9任一项所述制备方法制备得到的臭氧化石墨烯基燃料电池质子交换膜。