[发明专利]一种热响应复合质子膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种热响应复合质子膜的制备方法，选择4‑[(2‑羟基苄基)氨基]苯磺酸作为热响应开关，通过预先存在的分子内氢键构型，质子在热刺激下从4‑[(2‑羟基苄基)氨基]苯磺酸酮式结构的氨基转移到羰基氧上，形成了4‑[(2‑羟基苄基)氨基]苯磺酸的醇式结构，实现酮型和烯醇型发生可逆异构化反应，实现利用温度控制所述复合质子膜的质子传导速率，且利用ZOF作为载体，负载较多的4‑[(2‑羟基苄基)氨基]苯磺酸分子，增加了所述复合质子膜质子传导过程中的质子数，提高开关率，采用聚(2‑丙烯酰胺‑2‑甲基‑1‑丙烷磺酸)、聚乙烯醇和戊二醛制备了质子传导速率高且机械稳定性好的基质膜，进一步提高开关率。

技术领域

本发明涉及质子膜材料领域，尤其涉及一种热响应复合质子膜及其制备方法和应用。

背景技术

在自然界中，许多生物结构可以通过对外界刺激产生独特的反应来操纵物质的运输和信号转导。同样，越来越多的科研人员在开发质子导电材料时，也把研究重点放在了给质子导电材料一个刺激开关上。

现有技术中制备的具有刺激-响应转换功能的复合质子交换膜材料，其质子电导率在低/高之间的可逆转换的外部刺激条件均为紫外光/可见光，即具有光学开关功能的质子交换膜。然而，具有热响应开关功能的质子交换膜却没有报道。因此，如何制备得到具有热响应开关功能即热响应的质子交换膜是现有技术亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热响应复合质子膜及其制备方法和应用，本发明提供的方法制备的热响应复合质子膜，受温度刺激时，其质子电导率在低/高之间能够可逆转换，即具有热响应开关功能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种热响应复合质子膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将负载4-[(2-羟基苄基)氨基]苯磺酸的锆基金属有机骨架复合材料和水混合，得到悬浮液；所述负载4-[(2-羟基苄基)氨基]苯磺酸的锆基金属有机骨架复合材料由4-[(2-羟基苄基)氨基]苯磺酸和锆基金属有机骨架材料制备得到；

(2)将聚乙烯醇溶液和聚(2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙烷磺酸)溶液混合，得到混合溶液；

(3)向所述步骤(2)得到的混合溶液中滴加所述步骤(1)得到的悬浮液，然后加入戊二醛进行交联反应，得到交联产物；

(4)将所述步骤(3)得到的交联产物浇铸到模具中，得到热响应复合质子膜；

所述步骤(1)和步骤(2)没有先后顺序之分。

优选地，所述步骤(1)中负载4-[(2-羟基苄基)氨基]苯磺酸的锆基金属有机骨架复合材料中4-[(2-羟基苄基)氨基]苯磺酸和锆基金属有机骨架材料的质量比为(0.1～0.5)：1。

优选地，所述步骤(2)中聚乙烯醇溶液中的聚乙烯醇与聚(2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙烷磺酸)溶液中聚(2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙烷磺酸)的质量比为(0.2～8):1。

优选地，所述步骤(3)中悬浮液中负载4-[(2-羟基苄基)氨基]苯磺酸的锆基金属有机骨架复合材料的质量为混合溶液中聚乙烯醇和聚(2-丙烯酰胺-2-甲基-1-丙烷磺酸)总质量的3～35％。

优选地，所述步骤(3)中滴加的速率为15～70滴/分钟。

优选地，所述步骤(3)中混合溶液中的聚乙烯醇与戊二醛的质量比为(3～80)：1。

优选地，所述步骤(3)中交联反应的温度为室温，交联反应的时间为10～48小时。

优选地，所述步骤(4)中浇铸前还包括将交联产物依次进行静置和超声处理。

本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的热响应复合质子膜。