磺化来瓦希尔骨架（MIL-101（Cr）-SO₃H）/磺化酚酞侧基聚芳醚砜杂化质子交换膜的制备及性能

韩光鲁^1,2，陈哲¹，蔡立芳¹，张永辉¹，张学波¹，马环环¹，冯明煦¹

1. 郑州轻工业学院材料与化学工程学院2. 河南省化工分离过程强化工程技术研究中心

摘 要：应用水热合成法制备了来瓦希尔骨架材料（MIL-101（Cr））,通过后磺化法将磺酸（SO₃H）基团引入MIL-101（Cr）的笼状结构中,得到具有质子传导功能的MIL-101（Cr）-SO₃H。FTIR结果表明,磺酸基团成功引入到MIL-101（Cr）中。SEM和XRD结果表明,磺化前后材料的粒径在纳米尺寸范围,且MIL-101（Cr）-SO₃H颗粒的晶体结构无坍塌。元素分析结果表明, MIL-101（Cr）-SO₃H的磺化度为0.36。然后将MIL-101（Cr）-SO₃H掺杂到磺化酚酞侧基聚芳醚砜（SPES-C）中制备了MIL-101（Cr）-SO₃H/SPES-C燃料电池用杂化质子交换膜。SEM结果说明, MIL-101（Cr）-SO₃H/SPES-C杂化膜内MIL-101（Cr）-SO₃H分散均匀, SPES-C与MIL-101（Cr）-SO₃H两相相容性较好,膜内无缺陷。TGA分析结果表明, MIL-101（Cr）-SO₃H/SPES-C杂化膜热稳定性优良。MIL-101（Cr）-SO₃H的引入可以提高MIL-101（Cr）-SO₃H/SPES-C杂化膜吸水率并降低甲醇渗透性。随填充物MIL-101（Cr）-SO₃H的含量增加和测试温度升高, MIL-101（Cr）-SO₃H/SPES-C杂化膜的质子传导率随之增大。当温度为80℃时, MIL-101（Cr）-SO₃H填充量为5wt%的MIL-101（Cr）-SO₃H/SPES-C杂化膜的质子传导率达到0.162 S·cm^-1,比商用Nafion膜的质子传导率(0.134 S·cm^-1)提高了20.1%。

关键词：合成;制备;杂化;燃料电池;质子交换膜;