[发明专利]一种含sp3

说明书

本发明提供一种含sp³碳基骨架结构的哌啶叔胺基团聚合物及其应用，至少包括四苯基甲烷以及哌啶叔胺类结构单元，在主链化学结构上包含四苯基甲烷基团，所制备的聚合物具有轻度交联，使得所制备材料具有优异的机械强度，且由于主链上sp³碳基骨架结构的支撑作用，一方面减少了聚合物的折叠链段的形成，另一方面降低了聚合物的成膜后的芳香烃结构的ππ作用，从而减少结晶区域的形成，更利于亲水相的构建，因此显著提高了该类膜的离子电导率。

技术领域

本发明涉及新能源电化学器件领域，特别涉及一种含有sp³碳基骨架结构的哌啶叔胺基团聚合物、以及利用含有sp³碳基骨架结构的哌啶叔胺基团聚合物制备的阴离子交换膜、阴离子交换聚合物粘合剂的应用。

背景技术

近年来，随着世界范围内对可替代能源需求的不断增长，阴离子交换膜和阴离子交换聚合物粘合剂在新能源电化学器件中的应用也受到越来越多研究人员的关注，其可以应用于碱性燃料电池、电解水、二氧化碳还原、液流电池等领域，具有良好的发展前景，也在氯碱工业、重金属回收、水处理、湿法冶金等传统工业中起到了举足轻重的作用，并受到了十分广泛的关注。阴离子交换膜和阴离子交换聚合物粘合剂是一类含有阳离子功能基团，对阴离子具有选择透过性的高分子聚合物，然而目前的应用场景需求要求阴离子交换膜具有更高的电导率、更好的力学、热学和化学稳定性。

专利CN107910576A公开了一类高化学稳定性的阴离子聚合物膜的制备方法，采用芳基类单体与N-烷基-4-哌啶酮共聚后得到主链不含醚键的聚合产物，而后使用卤代烷烃进行季铵化反应制得阴离子交换聚合物，该阴离子交换聚合物的主链不含极性基团，且以高化学稳定性的哌啶环作为季铵阳离子，具有良好的化学稳定性。专利CN109070022A公开了用作氢氧化物交换膜和离聚物的聚(芳基哌啶)聚合物，在芳基类单体和N-烷基-4-哌啶酮的基础上，加入三氟苯乙酮类单体共聚得到主链不含醚键的聚合产物，而后使用卤代烷烃进行季铵化反应制得化学稳定性良好的阴离子交换聚合物。专利CN111269401A公开了一种包含哌啶季铵类结构单元和芴类基团以及芳香类单体的阴离子交换聚合物聚合物。该发明使得材料具有优异的机械强度,且主链上苯环的扭曲性和转动性弱，聚合物成膜后的微观结构规整度较高,从而具有良好的化学稳定性。虽然利用上述专利可获得化学稳定性良好的阴离子交换聚合物，但是阴离子交换聚合物的机械强度和离子电导率有待进一步提升。

综上所述，目前市面上的阴离子交换聚合物或阴离子交换膜虽然化学稳定性良好，但是机械强度和离子电导率依旧无法满足特殊应用场景的需求，尤其是在大尺寸大规模应用中，强的机械强度和高的离子电导率直接决定了碱性燃料电池、电解水、二氧化碳还原、液流电池等器件的耐用度和效率。因此需要开发一种兼具优异的机械强度、高离子电导率和高化学稳定性的阴离子交换聚合物，从而提升相关电化学装置的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含有sp³碳基骨架结构的哌啶叔胺基团聚合物及其应用，含有sp³碳基骨架结构的哌啶叔胺基团聚合物可被应用于制作阴离子交换膜和阴离子交换聚合膜，同时兼备优异的机械强度、高离子电导率和高化学稳定性。

为实现以上目的，第一方面，本技术方案提供一种含sp³碳基骨架结构的哌啶叔胺基团聚合物，包括：式(1)所示的四苯基甲烷类结构单元，以及式(2)所示的哌啶叔胺类结构单元；

本发明所述的含sp³碳基骨架结构的哌啶叔胺基团聚合物，还包括：式(3)所示的三氟甲基单元结构、式(4)和式(5)所示的芳基类结构单元、式(6)所示的芴类结构单元以及式(7)所示的二苯基烷烃类结构单元中的一种或至少两种组合；其中式(4)中的n为0～10的整数；其中式(7)中的n为1～20的整数：