一種在微重力環(huán)境下制備有機/無機雜化電活性離子交換膜的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在微重力環(huán)境下制備有機/無機雜化電活性離子交換膜的方法，將無機納、微米顆粒懸浮于含導(dǎo)電高分子單體的電解液中，在重力場及電解液的浮力雙重作用下在電極表面產(chǎn)生微重力環(huán)境；通過單極脈沖電沉積技術(shù)控制導(dǎo)電高分子的聚合及其對納、微米無機粒子的靜電吸引強度，結(jié)合無機納、微米粒子在微重力環(huán)境下的緩慢沉降效應(yīng)，在水平放置的導(dǎo)電基體上合成由三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚合物包裹無機粒子的有機/無機雜化電活性離子交換膜。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)電化學(xué)方法難以合成穩(wěn)定的有機/無機雜化電活性離子交換功能膜，特別是含有不導(dǎo)電無機離子交換功能顆粒的雜化電活性膜的問題。
【專利說明】
一種在微重力環(huán)境下制備有機/無機雜化電活性離子交換膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種在微重力環(huán)境下制備有機/無機雜化電活性離子交換膜的方法，屬于電活性功能材料的制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電活性材料(Electroactive Material, EM)是一種電子-離子的混合導(dǎo)體，處于完全氧化或還原狀態(tài)時呈現(xiàn)絕緣體特征，在氧化和還原狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時能夠從溶液中可逆地置入和釋放離子(離子交換或充放電過程)成為導(dǎo)體。EM在離子選擇性電極、離子交換膜、化學(xué)/生物傳感器、二次電池、超級電容器、電催化以及電致變色器件等新技術(shù)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。具備離子交換功能的EM主要包括有機導(dǎo)電聚合物、無機變價金屬配位化合物以及有機無機雜化材料，其中有機導(dǎo)電聚合物(CP)的代表為聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTh)及聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)等，一般具備陰離子交換特征；而無機EM的代表為普魯士蘭的過渡金屬類似物(MHCF)，可作為陽離子交換基體。EM的離子交換功能取決于其加工成膜之后的膜結(jié)構(gòu)及其電荷傳遞性能，目前所研發(fā)的電活性功能膜主要存在以下問題:(I)單一CP膜的離子交換容量有限且氧化還原過程的可逆及穩(wěn)定性較差；(2)單一無機EM晶格結(jié)構(gòu)難以調(diào)控，因此離子交換功能單一、擴散阻力較大且導(dǎo)電性能有待提高。而將有機CP與無機EM通過復(fù)合制備成有機/無機雜化電活性功能材料之后，可以借助二者的結(jié)構(gòu)復(fù)合、功能復(fù)合使該類雜化材料兼具有機材料的設(shè)計多樣性、易加工性和無機材料的優(yōu)良選擇性、高離子交換容量、高穩(wěn)定性的優(yōu)點，而且可望產(chǎn)生協(xié)同優(yōu)化效應(yīng)甚至新的功能。然而，由于具備離子交換功能的無機EM種類相對較少，難滿足在不同目標(biāo)離子選擇性識別和分離過程中的復(fù)雜性和多樣性要求。因此，為拓寬有機/無機雜化電活性材料的范圍，可以將傳統(tǒng)惰性(不導(dǎo)電)無機離子交換材料與有機CP復(fù)合制備成一類新型的有機/無機雜化電活性功能材料。結(jié)合傳統(tǒng)惰性無機離子交換材料(借助其獨特的晶格結(jié)構(gòu))對不同目標(biāo)離子的選擇識別能力以及有機CP的優(yōu)良電活性和成膜性，可以使這一類雜化電活性材料具備對靶向離子的選擇識別性能，從而極大地增加該類材料在離子選擇性電極、離子交換膜、二次電池、超級電容器和電催化等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
[0003]有機/無機雜化電活性功能材料的合成方法主要包括化學(xué)法和電化學(xué)合成法。其中，采用化學(xué)法可以制備出混合均勻的雜化材料，但是通過該方法合成的雜化材料通常以粉末形態(tài)存在不利于成膜，而且難以在納、微米尺度實現(xiàn)有效的結(jié)構(gòu)調(diào)控，從而極大地限制了該類雜化材料在電化學(xué)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。相較而言，電化學(xué)方法可以將無機EM和有機CP雜化電活性功能膜均勻地沉積在導(dǎo)電基體上，而且操作簡便，條件易控制，合成的電活性材料導(dǎo)電性和力學(xué)性能都比較好。然而，在惰性無機離子交換材料與有機CP的雜化體系中，則很難通過普通的電化學(xué)路線將二者有效地合成雜化電活性膜。具體而言，大多數(shù)對目標(biāo)離子具有優(yōu)良選擇性能的無機離子交換材料大多以納米(或微米)級顆粒形式存在，在電解質(zhì)溶液中沿順重力場方向沉降易形成沉淀，垂直放置的電極表面產(chǎn)生的靜電吸引力遠(yuǎn)小于顆粒的凈重力(重力與浮力之差)，因此，很難通過電極表面已生成導(dǎo)電聚合物與無機顆粒之間的靜電吸引作用來制得穩(wěn)定的復(fù)合膜;而在水平放置的電極基體表面由于無機顆粒尺寸較大易于沉降，大量堆積在電極表面也難以形成穩(wěn)定的有機/無機雜化膜，而且惰性無機離子交換顆粒的沉降速率和有機CP的聚合速率不易調(diào)控，難以在納、微米尺度上實現(xiàn)充分地雜化。
[0004]在太空微重力環(huán)境下進行材料合成，通過改變材料成分和微結(jié)構(gòu)可制備出各種性能優(yōu)異的晶體、金屬與合金、復(fù)合材料、超薄薄膜等。但迄今為止人類可利用的空間資源仍然十分有限，空間實驗的代價高昂、機會稀少，因此地面模擬空間或微重力環(huán)境進行材料合成與加工具有不可替代的重要意義。在地面獲得“微重力”的手段主要有落塔或落井、拋物線飛行的飛機、各種空間飛行器以及懸浮水槽和氣浮系統(tǒng)等，但此類設(shè)備一般龐大復(fù)雜、造價昂貴。其中懸浮水槽是利用水的浮力來抵消目標(biāo)物的重力作用，但主要用于宇航員的培訓(xùn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在提供一種在微重力環(huán)境下制備有機/無機雜化電活性離子交換膜的方法，解決了傳統(tǒng)電化學(xué)方法難以合成穩(wěn)定的有機/無機雜化電活性離子交換功能膜，特別是含有不導(dǎo)電無機離子交換功能顆粒的雜化電活性膜的問題。
[0006]本發(fā)明通過溶液懸浮系統(tǒng)產(chǎn)生連續(xù)的“微重力”環(huán)境，在普通實驗室內(nèi)實現(xiàn)了模擬空間材料合成環(huán)境。通過嚴(yán)格控制電解質(zhì)溶液密度和粘度以及相應(yīng)無機顆粒的形狀和尺寸，可使納、微米級無機顆粒懸浮于電解質(zhì)溶液中，或者使無機顆粒在溶液中順重力場方向產(chǎn)生極其緩慢的沉降，在水平放置電極實現(xiàn)模擬空間環(huán)境中的“微重力”狀態(tài)，再結(jié)合單極脈沖電沉積技術(shù)獲得了性能穩(wěn)定的有機/無機雜化電活性離子交換膜。
[0007]本發(fā)明提供了一種在微重力環(huán)境下制備有機/無機雜化電活性離子交換膜的方法，將無機納、微米顆粒懸浮于含導(dǎo)電高分子單體的電解液中，在重力場及電解液的浮力雙重作用下在電極表面產(chǎn)生微重力環(huán)境;通過單極脈沖電沉積技術(shù)控制導(dǎo)電高分子的聚合及其對納、微米無機粒子的靜電吸引強度，結(jié)合無機納、微米粒子在微重力環(huán)境下的緩慢沉降效應(yīng)，在水平放置的導(dǎo)電基體上合成由三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚合物包裹無機粒子的有機/無機雜化電活性離子交換膜。
[0008]上述在微重力環(huán)境下制備有機/無機雜化電活性離子交換膜的方法，包括以下步驟:
(1)將無機納、微米顆粒置入去離子水溶液中配置成濃度為0.015?0.3mol/L的懸浮溶液A;
(2)將導(dǎo)電高分子單體溶于去離子水溶液中配置成濃度為0.015?0.3mol/L的水相溶液B;
(3)將支持電解質(zhì)溶于去離子水溶液中配置成濃度為0.3?3mol/L的水相溶液C;
(4)將上述步驟(1)、(2)和(3)中配制成的A、B和C三種溶液等體積混合于反應(yīng)器中，超聲均勻，得溶液D;
(5)采用三電極體系，在水平放置的導(dǎo)電基體上于溶液D中通過單極脈沖電沉積技術(shù)，脈沖次數(shù)為100?50000，獲得有機/無機電活性雜化膜;采用的三電極體系分別是:工作電極是導(dǎo)電基體;對電極是惰性電極;參比電極是飽和甘汞電極；
(6)將上述步驟(5)獲得的有機/無機電活性雜化膜取出，由蒸餾水沖洗，常溫干燥，SP制得有機/無機雜化電活性離子交換膜材料。
[0009]上述制備方法中，所述的無機納、微米顆粒是具有離子交換功能的惰性不導(dǎo)電層狀磷酸鹽、錳酸鹽、沸石分子篩、雙金屬氫氧化物或金屬有機骨架材料中的一種;顆粒尺寸為10 ?5000 nm。
[0010]上述制備方法中，所述的導(dǎo)電高分子單體是苯胺、吡咯、噻吩或3，4-乙烯二氧噻吩中的一種。
[0011]上述制備方法中，所述的支持電解質(zhì)是鹽酸、硫酸、磷酸、高氯酸、氯化鈉、硫酸鈉、氯化鉀或硫酸鉀中的一種。
[0012]上述制備方法中，所述的導(dǎo)電基體是不銹鋼片、碳紙、碳?xì)?、鉑片或金片中的一種；所述惰性電極是鉑片或金片。
[0013]上述制備方法中，所述的單極脈沖電沉積技術(shù)為:單次脈沖由脈沖開時間和脈沖截斷時間組成，在脈沖開時間階段，施加恒定沉積電位0.6?1.1 V，使導(dǎo)電高分子單體在電極表面氧化聚合;隨后控制脈沖截斷時間內(nèi)電流為零，脈沖次數(shù)為100?50000次，通過靜電吸引并結(jié)合無機納、微米粒子在微重力環(huán)境下的緩慢沉降生成雜化電活性離子交換膜。進一步地，所述施加沉積電位的脈沖開時間為0.01 S ~ I S;所述脈沖截斷時間為0.1 S?I S0
[0014]本方法中的單極脈沖電沉積技術(shù)是在每次脈沖開時間施加0.6- 1.1 V的恒定聚合電位，脈沖截斷時間控制電流為零，而電極電位則自動保存為開路電位。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
(1)本發(fā)明的模擬微重力環(huán)境下電沉積技術(shù)操作簡單、成本低、易于實現(xiàn)；
(2)采用“微重力沉積+脈沖電沉積”技術(shù)可使不導(dǎo)電無機離子交換功能顆粒與導(dǎo)電高分子單體有效復(fù)合；
(3)通過調(diào)節(jié)脈沖電位和通斷時間比控制導(dǎo)電高分子單體的聚合速率，同時通過調(diào)節(jié)電解質(zhì)溶液密度和粘度以及相應(yīng)無機顆粒的形狀和尺寸控制無機顆粒的沉降速率，進而實現(xiàn)在納、微米尺度上可控調(diào)節(jié)雜化膜中導(dǎo)電高分子和無機顆粒的相對含量；
(4)模擬微重力環(huán)境下可獲得優(yōu)良穩(wěn)定性能的有機/無機雜化電活性離子交換功能膜；
(5)本發(fā)明方法可用于其它納、微米級顆粒與均相反應(yīng)物之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的液相懸浮合成。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實施例1中合成的聚吡咯/LiMn2O4電活性雜化膜放大500倍的掃描電鏡照片。
[0017]圖2是本發(fā)明實施例1中合成的聚吡咯/LiMn2O4電活性雜化膜放大10000倍的掃描電鏡照片。
【具體實施方式】
[0018]下面通過實施例來進一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實施例。
[0019]實施例1:
本實施例提供了一種聚吡咯/LiMn2O4雜化電活性離子交換膜的制備方法，包括以下步驟:
(1)將0.2712g LiMn2O4納米棒(直徑為50?100 nm，長度為500?800 nm)粉末置入100 mL的去離子水溶液中配制成0.015 mol/L的懸浮溶液A;
(2)將0.2013g吡咯單體溶于100 mL的去離子水溶液中配制成0.03 mol/L的吡咯水溶液B;
(3)將2.956g濃鹽酸(37%wt)作為支持電解質(zhì)溶于100 mL的去離子水溶液中配制成
0.3 mol/L的鹽酸溶液C;
(4)將上述步驟(I)、(2)和(3)中配制成的水相溶液A、B和C混合于反應(yīng)器中，超聲30min，得溶液D;
(5)采用三電極體系(工作電極為水平放置的有效面積為1.0cm2的不銹鋼片，對電極為鉑片，參比電極為飽和甘汞電極)，設(shè)置單極脈沖信號分別為:脈沖電位為0.7 V、脈沖通斷時間比為0.05 s/0.5 s;脈沖次數(shù)為2000次；
(6)將制備好的聚吡咯/LiMn2O4電活性雜化膜電極取出用蒸餾水沖洗，常溫干燥，即得聚吡咯/LiMn2O4電活性雜化膜材料，其不同放大倍數(shù)的掃描電鏡照片如圖1和圖2所示；
(7)將所得聚吡咯/LiMn2O4雜化膜置入1.0mol/L的LiCl溶液中通過循環(huán)伏安檢測，經(jīng)過1000次的掃描，其離子交換容量僅衰減10.5%。
[0020]實施例2
本實施例提供了一種聚噻吩/NaMn2O4雜化電活性離子交換膜的制備方法，包括以下步驟:
(1)將0.1969g NaMn2O4納米顆粒(直徑為1?20 nm)粉末置入100 mL的去離子水溶液中配制成0.01 mol/L的懸浮溶液A;
(2)將0.1262g噻吩單體溶于100 mL的去離子水溶液中配制成0.015 mol/L的噻吩水溶液B;
(3)將5.004g濃硫酸(98%wt)作為支持電解質(zhì)溶于100 mL的去離子水溶液中配制成
0.5 mol/L的硫酸溶液C;
(4)將上述步驟(I)、(2)和(3)中配制成的水相溶液A、B和C混合于反應(yīng)器中，超聲30min，得溶液D;
(5)采用三電極體系(工作電極為水平放置的有效面積為1.0cm2的碳紙，對電極為鉑片，參比電極為飽和甘汞電極)，設(shè)置單極脈沖信號分別為:脈沖電位為0.8 V、脈沖通斷時間比為1.0 s/1.0 s;脈沖次數(shù)為1000次；
(6)將制備好的聚噻吩/NaMn2O4電活性雜化膜電極取出用蒸餾水沖洗，常溫干燥，即得聚噻吩/NaMn2O4電活性雜化膜材料；
(7)將聚噻吩/NaMn2O4雜化膜置入1.0 mol/L的NaCl溶液中通過循環(huán)伏安檢測，經(jīng)過1000次的掃描，其離子交換容量僅衰減8.5%。
[0021]實施例3
本實施例提供了一種聚苯胺/a-磷酸鋯雜化電活性離子交換膜的制備方法，包括以下步驟: (1)將2.8318g剝層的α-磷酸鋯(Zr(HP04)2)納米顆粒(片直徑為500?800 nm)粉末置入100 mL的去離子水溶液中配制成0.1 mol/L的懸浮溶液A;
(2)將0.9313g苯胺單體溶于100 mL的去離子水溶液中配制成0.1 mol/L的苯胺水溶液B;
(3)將11.5287 g磷酸(85%wt)作為支持電解質(zhì)溶于100 mL的去離子水溶液中配制成1.0 mol/L的磷酸溶液C;
(4)將上述步驟(I)、(2)和(3)中配制成的水相溶液A、B和C混合于反應(yīng)器中，超聲30min，得溶液D;
(5)采用三電極體系(工作電極為水平放置的有效面積為1.0cm2的碳?xì)郑瑢﹄姌O為金片，參比電極為飽和甘汞電極)，設(shè)置單極脈沖信號分別為:脈沖電位為0.9 V、脈沖通斷時間比為0.01 s/0.1 s;脈沖次數(shù)為50000次；
(6)將制備好的聚噻吩/a-磷酸鋯電活性雜化膜電極取出用蒸餾水沖洗，常溫干燥，SP得聚噻吩/磷酸鋯電活性雜化膜材料；
(7)將聚苯胺/a-磷酸鋯雜化膜置入1.0mol/L的Pb(NO3)2溶液中通過循環(huán)伏安檢測，經(jīng)過1000次的掃描，其離子交換容量僅衰減5.3%。
[0022]實施例4
本實施例提供了一種聚乙烯二氧噻吩/磷酸錫雜化電活性離子交換膜的制備方法，包括以下步驟:
(1)將6.2131g剝層的磷酸錫(Sn(HPO4)2)納米片(片直徑為800?1000 nm)粉末置入100 mL的去離子水溶液中配制成0.2 mol/L的懸浮溶液A;
(2)將2.1327g 3，4_乙烯二氧噻吩單體溶于100 mL的去離子水溶液中配制成0.15mol/L的3，4-乙烯二氧噻吩水溶液B;
(3)將7.1756g高氯酸(70%wt)作為支持電解質(zhì)溶于100 mL的去離子水溶液中配制成
0.5 mol/L的高氯酸溶液C;
(4)將上述步驟(I)、(2)和(3)中配制成的水相溶液A、B和C混合于反應(yīng)器中，超聲30min，得溶液D;
(5)采用三電極體系(工作電極為水平放置的有效面積為1.0cm2的碳紙，對電極為金片，參比電極為飽和甘汞電極)，設(shè)置單極脈沖信號分別為:脈沖電位為1.0 V、脈沖通斷時間比為0.1 s/0.5 s;脈沖次數(shù)為1000次；
(6)將制備好的聚乙烯二氧噻吩/磷酸錫電活性雜化膜電極取出用蒸餾水沖洗，常溫干燥，即得聚乙烯二氧噻吩/磷酸錫電活性雜化膜材料；
(7)將聚乙烯二氧噻吩/磷酸錫雜化膜置入1.0mol/L的Ni(NO3)2溶液中通過循環(huán)伏安檢測，經(jīng)過1000次的掃描，其離子交換容量僅衰減7.9%。
[0023]實施例5
本實施例提供了一種聚吡咯/ZSM-5雜化電活性離子交換膜的制備方法，包括以下步驟:
(1)將1.8204g ZSM-5納米顆粒(沸石分子篩，直徑為80?120 nm，Si02/Al203=70)粉末置入100 mL的去離子水溶液中配制成0.3 mol/L的懸浮溶液A;
(2)將2.0127g吡咯單體溶于100 mL的去離子水溶液中配制成0.3 mol/L的吡咯水溶液B;
(3)將17.5320 g氯化鈉作為支持電解質(zhì)溶于100 mL的去離子水溶液中配制成3.0mol/L的氯化鈉溶液C;
(4)將上述步驟(I)、(2)和(3)中配制成的水相溶液A、B和C混合于反應(yīng)器中，超聲30min，得溶液D;
(5)采用三電極體系(工作電極為水平放置的有效面積為1.0cm2的鉑片，對電極為鉑片，參比電極為飽和甘汞電極)，設(shè)置單極脈沖信號分別為:脈沖電位為1.1 V、脈沖通斷時間比為0.05 s/0.2 s;脈沖次數(shù)為20000次；
(6)將制備好的聚吡咯/ZSM-5電活性雜化膜電極取出用蒸餾水沖洗，常溫干燥，即得聚吡咯/ZSM-5電活性雜化膜材料；
(7)將聚吡咯/251-5雜化膜置入1.0mol/L的Pb(NO3)2溶液中通過循環(huán)伏安檢測，經(jīng)過1000次的掃描，其離子交換容量僅衰減5.5%。
[0024]實施例6
本實施例提供了一種聚苯胺/鎳鈷雙金屬氫氧化物雜化電活性離子交換膜的制備方法，包括以下步驟:
(1)將1.6707g鎳鈷雙金屬氫氧化物納米片([NiQ.7CoQ.3(0H)2](N03)().3，片直徑為60?100 nm，)粉末置入100 mL的去離子水溶液中配制成0.15 mol/L的懸浮溶液A;
(2)將1.8625g苯胺單體溶于100 mL的去離子水溶液中配制成0.2 mol/L的苯胺水溶液B;
(3)將35.5125 g硫酸鈉作為支持電解質(zhì)溶于100 mL的去離子水溶液中配制成2.5mol/L的硫酸鈉溶液C;
(4)將上述步驟(I)、(2)和(3)中配制成的水相溶液A、B和C混合于反應(yīng)器中，超聲30min，得溶液D;
(5)采用三電極體系(工作電極為水平放置的有效面積為1.0cm2的金片，對電極為金片，參比電極為飽和甘汞電極)，設(shè)置單極脈沖信號分別為:脈沖電位為0.6 V、脈沖通斷時間比為0.5 s/1.0 s;脈沖次數(shù)為100次；
(6)將制備好的聚苯胺/鎳鈷雙金屬氫氧化物電活性雜化膜電極取出用蒸餾水沖洗，常溫干燥，即得聚苯胺/鎳鈷雙金屬氫氧化物電活性雜化膜材料。
[0025]實施例7
本實施例提供了一種聚噻吩/鎂鋁雙金屬氫氧化物雜化電活性離子交換膜的制備方法，包括以下步驟:
(1)將0.1425g鎂鋁雙金屬氫氧化物納米球([Mg0.8A10.2(OH)2] (NO3)q.2，直徑為180?220 η)粉末置入100 mL的去離子水溶液中配制成0.02 mol/L的懸浮溶液Α;
(2)將0.4207g噻吩單體溶于100 mL的去離子水溶液中配制成0.05 mol/L的噻吩水溶液B;
(3)將11.1825g氯化鉀作為支持電解質(zhì)溶于100 mL的去離子水溶液中配制成1.5mol/L的氯化鉀溶液C;
(4)將上述步驟(I)、(2)和(3)中配制成的水相溶液A、B和C混合于反應(yīng)器中，超聲30min，得溶液D; (5)采用三電極體系(工作電極為水平放置的有效面積為1.0cm2的不銹鋼片，對電極為鉑片，參比電極為飽和甘汞電極)，設(shè)置單極脈沖信號分別為:脈沖電位為0.7 V、脈沖通斷時間比為0.02 s/0.1 s;脈沖次數(shù)為2000次；
(6)將制備好的聚噻吩/鎂鋁雙金屬氫氧化物電活性雜化膜電極取出用蒸餾水沖洗，常溫干燥，即得聚噻吩/鎂鋁雙金屬氫氧化物電活性雜化膜材料。
[0026]實施例8
本實施例提供了一種聚乙烯二氧噻吩/ZIF-8雜化電活性離子交換膜的制備方法，包括以下步驟:
(1)將1.1480g ZIF-8納米顆粒(C8H12N4Zn,金屬有機骨架材料，粒徑為30?50 nm)粉末置入100 mL的去離子水溶液配制成0.05 mol/L的懸浮溶液A;
(2)將3.5545 g 3，4_乙烯二氧噻吩單體溶于100 mL的去離子水溶液中配制成0.25mol/L的3，4-乙烯二氧噻吩水溶液B;
(3)將17.4270g硫酸鉀作為支持電解質(zhì)溶于100 mL的去離子水溶液中配制成1.0mol/L的硫酸鉀溶液C;
(4)將上述步驟(I)、(2)和(3)中配制成的水相溶液A、B和C混合于反應(yīng)器中，超聲30min，得溶液D;
(2)采用三電極體系(工作電極為水平放置的有效面積為1.0 cm2的碳紙，對電極為金片，參比電極為飽和甘汞電極)，設(shè)置單極脈沖信號分別為:脈沖電位為0.8 V、脈沖通斷時間比為0.2 s/0.5 s;脈沖次數(shù)為500次；
(6)將制備好的聚乙烯二氧噻吩/ ZIF-8電活性雜化膜電極取出用蒸餾水沖洗，常溫干燥，即得聚乙烯二氧噻吩/ ZIF-8電活性雜化膜材料。
【主權(quán)項】
1.一種在微重力環(huán)境下制備有機/無機雜化電活性離子交換膜的方法，其特征在于:將無機納、微米顆粒懸浮于含導(dǎo)電高分子單體的電解液中，在重力場及電解液的浮力雙重作用下在電極表面產(chǎn)生微重力環(huán)境;通過單極脈沖電沉積技術(shù)控制導(dǎo)電高分子的聚合及其對納、微米無機粒子的靜電吸引強度，結(jié)合無機納、微米粒子在微重力環(huán)境下的緩慢沉降效應(yīng)，在水平放置的導(dǎo)電基體上合成由三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚合物包裹無機粒子的有機/無機雜化電活性離子交換膜。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在微重力環(huán)境下制備有機/無機雜化電活性離子交換膜的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)將無機納、微米顆粒置入去離子水溶液中配置成濃度為0.015?0.3mol/L的懸浮溶液A; (2)將導(dǎo)電高分子單體溶于去離子水溶液中配置成濃度為0.015- 0.3 mol/L的水相溶液B; (3)將支持電解質(zhì)溶于去離子水溶液中配置成濃度為0.3?3mol/L的水相溶液C; (4)將上述步驟(1)、(2)和(3)中配制成的A、B和C三種溶液等體積混合于反應(yīng)器中，超聲均勻，得溶液D; (5)采用三電極體系，在水平放置的導(dǎo)電基體上于溶液D中通過單極脈沖電沉積技術(shù)，獲得有機/無機電活性雜化膜;采用的三電極體系分別是:工作電極是導(dǎo)電基體;對電極是惰性電極;參比電極是飽和甘汞電極； (6)將上述步驟(5)獲得的有機/無機電活性雜化膜取出，由蒸餾水沖洗，常溫干燥，SP制得有機/無機雜化電活性離子交換膜材料。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在微重力環(huán)境下制備有機/無機雜化電活性離子交換膜的方法，其特征在于:所述的無機納、微米顆粒是具有離子交換功能的惰性不導(dǎo)電層狀磷酸鹽、錳酸鹽、沸石分子篩、雙金屬氫氧化物或金屬有機骨架材料中的一種；顆粒尺寸為10?5000 nm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在微重力環(huán)境下制備有機/無機雜化電活性離子交換膜的方法，其特征在于:所述的導(dǎo)電高分子單體是苯胺、吡咯、噻吩或3，4_乙烯二氧噻吩中的一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在微重力環(huán)境下制備有機/無機雜化電活性離子交換膜的方法，其特征在于:所述的支持電解質(zhì)是鹽酸、硫酸、磷酸、高氯酸、氯化鈉、硫酸鈉、氯化鉀或硫酸鉀中的一種。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在微重力環(huán)境下制備有機/無機雜化電活性離子交換膜的方法，其特征在于:所述的導(dǎo)電基體是不銹鋼片、碳紙、碳?xì)?、鉑片或金片中的一種;所述惰性電極是鉑片或金片。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在微重力環(huán)境下制備有機/無機雜化電活性離子交換膜的方法，其特征在于:所述的單極脈沖電沉積技術(shù)為:每次脈沖施加恒定沉積電位0.6?1.1 V，使導(dǎo)電高分子單體在電極表面氧化聚合;隨后控制脈沖截斷時間內(nèi)電流為零，脈沖次數(shù)為100?50000次，通過靜電吸引并結(jié)合無機納、微米粒子在微重力環(huán)境下的緩慢沉降生成雜化電活性離子交換膜;電極電位自動保存為開路電位。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的在微重力環(huán)境下制備有機/無機雜化電活性離子交換膜的方法，其特征在于:所述施加沉積電位的時間為0.01 s?I s;所述脈沖截斷時間為0.1 s? bO O T
【文檔編號】C08J5/22GK105820358SQ201610170602
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】郝曉剛, 杜曉, 郝元川, 李莎莎
【申請人】太原理工大學(xué)