[发明专利]一种质子交换膜及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种质子交换膜，其特征在于，包括复合材料、含氟聚合物；所述复合材料是二氧化钛纳米线负载在MXene-Ti₃C₂表面，所述复合材料被所述含氟聚合物包覆；

所述含氟聚合物、MXene-Ti₃C₂、二氧化钛纳米线的质量比为（100-500）：（3-20）：1；

所述质子交换膜的溶胀率小于10%；

所述质子交换膜的制备方法，包括以下步骤：

MXene-Ti₃C₂的制备：将酸与氟盐混合，然后加入Ti₃AlC₂，反应，收集底层产物，然后超声、离心，收集上层液，所述上层液含MXene-Ti₃C₂；所述MXene-Ti₃C₂的制备过程中，所述反应的温度为30-40℃，所述反应的时间为24-48小时；

二氧化钛纳米线的制备：将二氧化钛溶于碱液中，分散，然后进行水热反应，提纯，制得二氧化钛纳米线；

复合材料的制备：将阳离子表面活性剂与溶剂混合，加入二氧化钛纳米线，搅拌混合，然后滴加所述上层液，然后提纯，制得复合材料；

将所述复合材料与溶剂混合，制得复合材料混合物，然后将复合材料混合物滴入含氟聚合物的溶液中，混合，制得铸膜液，将铸膜液倒入载体上，干燥，制得所述质子交换膜。

2.根据权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于，所述含氟聚合物选自聚四氟乙烯和全氟-3,6-二环氧-4-甲基-7-癸烯-硫酸的共聚物。

3.权利要求1-2任一项所述的质子交换膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

MXene-Ti₃C₂的制备：将酸与氟盐混合，然后加入Ti₃AlC₂，反应，收集底层产物，然后超声、离心，收集上层液，所述上层液含MXene-Ti₃C₂；所述MXene-Ti₃C₂的制备过程中，所述反应的温度为30-40℃，所述反应的时间为24-48小时；

二氧化钛纳米线的制备：将二氧化钛溶于碱液中，分散，然后进行水热反应，提纯，制得二氧化钛纳米线；

复合材料的制备：将阳离子表面活性剂与溶剂混合，加入二氧化钛纳米线，搅拌混合，然后滴加所述上层液，然后提纯，制得复合材料；

将所述复合材料与溶剂混合，制得复合材料混合物，然后将复合材料混合物滴入含氟聚合物的溶液中，混合，制得铸膜液，将铸膜液倒入载体上，干燥，制得所述质子交换膜。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述MXene-Ti₃C₂的制备中，所述酸为盐酸，所述盐酸的浓度为8-15mol/L；所述酸、氟盐、Ti₃AlC₂的用量比为10mL：（0.6-1.5）g：（0.5-1.0）g。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述Ti₃AlC₂为三元层状MAX相陶瓷Ti₃AlC₂。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化钛纳米线的制备中，所述水热反应的反应温度为140-190℃；所述水热反应的反应时间为18-36小时。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化钛纳米线与所述上层液中MXene-Ti₃C₂的质量比为1:（3-15）。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述复合材料与含氟聚合物的质量比为1：（5-120）。

9.一种电池，其特征在于，包括权利要求1-2任一项所述的质子交换膜。