[发明专利]改性纳米纤维复合质子交换膜及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种改性纳米纤维复合质子交换膜，其特征在于，包括聚合物层、以及与所述聚合物层复合的两层改性纤维层，所述聚合物层位于所述两层改性纤维层之间；所述聚合物层包含磺化聚合物，所述改性纤维层包含改性纳米纤维丝；所述改性纳米纤维丝包括纳米纤维丝、以及负载在所述纳米纤维丝表面的金属有机框架材料；所述金属有机框架材料含有氨基。

2.根据权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于，所述复合质子交换膜的厚度为10μm-500μm；所述聚合物层中的磺化聚合物的质量与所述两层改性纤维层中的改性纳米纤维丝的质量之和的比例为0.01-0.1：1。

3.根据权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于，每个所述改性纤维层中，所述金属有机框架材料的质量是所述纳米纤维丝的质量的10％-90％。

4.根据权利要求1所述的质子交换膜，其特征在于，所述纳米纤维丝包含聚酰亚胺；和/或，

所述金属有机框架材料包括锆基金属有机框架材料，优选包括NH₂-UiO66；和/或，

所述磺化聚合物包括全氟磺酸、磺化聚醚醚酮、磺化聚醚砜中的至少一种，所述磺化聚合物的磺化度为30％-70％。

5.权利要求1-4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：

(1)在纳米纤维膜表面负载含有氨基结构的金属有机框架材料，得到所述改性纳米纤维膜；

(2)以磺化聚合物为原料，在改性纳米纤维膜的一个表面形成聚合物膜，得到复合膜；

(3)按照步骤(2)制得两个所述复合膜，将两个复合膜层叠放置后进行压合处理，经干燥后制得所述质子交换膜；其中，所述层叠放置的方式满足：两个复合膜的聚合物膜相接，经所述压合处理后，相接的两个复合膜的聚合物膜复合形成所述聚合物层，所述复合膜的改性纳米纤维膜形成所述改性纤维层。

6.根据权利要求5所述的质子交换膜，其特征在于，在纳米纤维表面负载含有氨基结构的金属有机框架材料的过程包括：

将锆盐、2-氨基对苯二甲酸、第一溶剂混合得到前驱体溶液，再将所述前驱体溶液与纳米纤维膜混合，在110℃-140℃下保持12h-48h，以使锆盐、2-氨基对苯二甲酸反应生成的含有氨基结构的金属有机框架材料负载在纳米纤维膜表面，得到改性纳米纤维粗产物；

对改性纳米纤维粗产物进行清洗，经干燥后得到改性纳米纤维膜。

7.根据权利要求5所述的质子交换膜，其特征在于，所述前驱体溶液中第一溶剂的质量含量为80-99.9％，其中第一溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺；和/或，

采用第二溶剂对所述改性纳米纤维粗产物进行所述清洗，所述第二溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、甲醇中的至少一种；和/或，

所述干燥条件为：干燥温度为60℃-80℃，干燥时间为：24h-48h。

8.根据权利要求7所述的质子交换膜，其特征在于，采用第二溶剂对所述改性纳米纤维粗产物进行所述清洗的过程包括：将所述改性纳米纤维粗产物浸泡在第二溶剂中，在浸泡过程中每隔12h更换新鲜的第二溶剂并进行超声处理，最后经干燥后得到改性纳米纤维膜；其中超声处理时间为1min-10min。

9.根据权利要求5所述的质子交换膜，其特征在于，所述纳米纤维膜由纳米纤维丝形成，所述纳米纤维丝的直径为10nm-500nm；和/或，

步骤(1)中，所述纳米纤维膜由纳米纤维丝形成，通过所述负载，使所述金属有机框架材料负载在所述纳米纤维丝的表面，使所述纳米纤维丝形成改性纳米纤维丝，制得所述改性纳米纤维膜；所述改性纳米纤维膜中的改性纳米纤维的直径介于100nm-3000nm之间；和/或，

所述纳米纤维膜的厚度为5μm-200μm。

10.一种质子交换膜燃料电池，其特征在于，包括质子交换膜，所述质子交换膜包括权利要求1-4任一项所述的改性纳米纤维复合质子交换膜或者采用权利要求5-9任一项所述的制备方法制得的质子交换膜。