本發明公開功能化氧化石墨烯/高支化聚芳醚質子交換膜及其制備方法，包括步驟：首先制備功能化氧化石墨烯；然后對制備好的高支化磺化聚芳醚摻雜功能化氧化石墨烯，制得功能化氧化石墨烯/高支化磺化聚芳醚質子交換膜。本發明所述功能化氧化石墨烯作為無機納米填料添加到高支化聚芳醚中，不僅可以提高質子傳導率和保持水分能力，而且可以增加鏈間纏繞作用，進而改善機械性能。同時也提高了無機粒子的分散性，增強了相容性，而且功能化氧化石墨烯具有良好的耐化學性，可以有效改善質子交換膜的氧化穩定性。另外，該方法便于操作，易于實現。

技術領域

本發明涉及質子交換膜材料領域，尤其涉及一種功能化氧化石墨烯/高支化聚芳醚質子交換膜及制備方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池是一種高效、低污染的能源技術，其核心部件質子交換膜一直是人們研究的熱點。質子交換膜是質子交換膜燃料電池的關鍵材料之一，具有傳導質子和將陰陽兩極分開的雙重功能，其性能直接影響到燃料電池的整體性能。目前國際上商業化的質子交換膜是全氟磺酸型質子交換膜(如Nafion)。這類膜材料具有傳導質子性能好、穩定性高、壽命長等優點，但同時存在價格昂貴、高溫易失水、甲醇滲透性高等缺點。因此，有人通過改進全氟單體以改善商業膜的弊端，也有人利用磺化芳香族聚合物來代替全氟型的膜。

磺化芳香族聚合物憑借其優異的熱穩定性和導電性，低燃料滲透，成本低等優勢，被認為是最有前途的質子交換膜材料之一。但是這些性能依賴于磺化度，即聚合物中帶有磺化官能團的數量。通常高磺化度聚合物，相應導電性較高，但是由于薄膜溶解或者溶脹，其尺寸穩定性在燃料電池的應用中無法保障。據報道，無機有機雜化薄膜是一種可行的辦法，可以改善高磺化度情況下的缺點，聚合物作為基體添加無機粒子，可以提高熱穩定性、尺寸穩定性、機械強度、質子傳導和限制燃料滲漏。近來，氧化石墨烯受到了廣泛的關注，由于其獨特的性能，作為一種無機納米填料添加至質子交換膜中。但是片層氧化石墨烯缺少傳導質子的官能團，很難大幅度改善質子交換膜的性能。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種功能化氧化石墨烯/高支化聚芳醚質子交換膜及制備方法，旨在解決氧化石墨烯缺少傳導質子的官能團，其添加至質子交換膜中很難大幅度改善質子交換膜性能的問題。

本發明的技術方案如下：

一種功能化氧化石墨烯/高支化聚芳醚質子交換膜的制備方法，其中，包括：

步驟A、首先制備功能化氧化石墨烯；

步驟B、然后對制備好的高支化磺化聚芳醚摻雜功能化氧化石墨烯，制得功能化氧化石墨烯/高支化聚芳醚質子交換膜。

所述的功能化氧化石墨烯/高支化聚芳醚質子交換膜的制備方法，其中，所述步驟A具體包括：

步驟A1、在惰性氣體保護下，將氧化石墨烯加入二甲基甲酰胺超聲震動7~9h，將1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亞胺鹽酸鹽、4-二甲氨基吡啶和三羥甲基氨基甲烷加入上述超聲震動后的懸浮液中，在60℃~80℃并攪拌的條件下反應一周，將反應后得到的生成物進行提純處理，得到提純的生成物；

步驟A2、在惰性氣體保護下，將上述生成物加入到二甲亞砜超聲震動7~9h，然后在常溫條件下加入氫氧化鈉，同時加入1,4-丁磺酸內酯，在90℃~110℃下反應一周，將反應后得到的功能化氧化石墨烯進行提純處理，得到提純的功能化氧化石墨烯。

所述的功能化氧化石墨烯/高支化聚芳醚質子交換膜的制備方法，其中，所述步驟A1中，生成物提純處理的方法包括步驟：將反應后得到的生成物用過濾膜過濾，然后用去離子水和乙醇反復沖洗，沖洗后真空干燥。

所述的功能化氧化石墨烯/高支化聚芳醚質子交換膜的制備方法，其中，所述過濾膜為聚四氟乙烯過濾膜，所述聚四氟乙烯過濾膜的孔徑大小為0.45μm。