CN110620253B - 一种利用旋涂技术基于磺化氧化石墨烯制备非水质子交换膜的方法 - Google Patents

一种利用旋涂技术基于磺化氧化石墨烯制备非水质子交换膜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种利用旋涂技术基于磺化氧化石墨烯制备非水质子交换膜的方法。首先配制聚氯乙烯(PVC)溶液，再制备氧化石墨烯(SGO)溶液，利用匀胶机将PVC溶液均匀涂覆在玻璃板表面，再滴加SGO溶液，重复旋涂步骤5次，烘干后制备(PVC/SGO)5复合膜。在质量分数为85％的PA中浸泡24～48小时，制备(PVC/SGO)5/PA复合膜。本发明利用旋涂技术，基于SGO的优良导电性能和旋涂技术制备的膜材料厚度可控等优点制备具有高机械性能以及良好质子传导率等优点的非水质子交换膜，具有良好的应用前景。

Description

一种利用旋涂技术基于磺化氧化石墨烯制备非水质子交换膜 的方法
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种利用旋涂技术基于磺化氧化石墨烯制备非水质子交换膜的方法。
背景技术
质子交换膜(Proton Exchange Membrane，PEM)作为燃料电池的核心部件，不仅担负着传导质子的作用，更为电化学反应提供反应的场所，其性质决定着质子交换膜燃料电池的性能。因此，研究者们一直致力于开发制备具有高质子传导率，高热分解温度，良好的机械强度以及低燃料渗透率等优点的新型质子交换膜。目前，质子交换膜的制备方法主要有以下几种：溶液浇筑法(Solution Casting)，工艺简单易操作，但制备的膜材料组分难以实现有序分布；层层自组装技术(Layer by Layer self-assembly，LBL)，制备的膜具有组分分布均匀等优点，但膜制备的周期相对较长。而旋涂法(Spin Coating)作为一种制备精细薄膜的技术，具有操作简单，膜组分分布均匀以及易于大规模生产等优点，目前已成为制备功能薄膜的常用方法。利用旋涂技术制备膜的原理为：依靠基底旋转时产生的离心力及重力作用，将溶液均匀地涂覆于基底表面，进而形成厚度可控的膜材料。其主要过程包括原料溶解，旋转涂覆以及溶剂挥发成膜三个步骤。另外，通过控制旋转时间，转速，溶液用量以及溶液的浓度等技术参数能够控制成膜的厚度。使用旋涂技术可制备结构均匀有序的质子交换膜，并且操作过程对仪器设备的依赖程度较低，主要设备仅需匀胶机。
石墨烯自发现以来，其特殊的片层结构使其具有优良的性能，逐渐成为各领域的研究热点。而石墨烯氧化后，因其含氧官能团增多而使性质较石墨烯更为活泼，从而获得较高的比表面能、良好的亲水性和质子传导能力。氧化石墨烯(Graphene Oxide，GO)再进行磺化，将磺酸基团引入到氧化石墨烯的端基上，得到磺化的氧化石墨烯(SulfonatedGraphene Oxide，SGO)，再将其与聚合物掺杂可以获得具有高质子传导率以及良好机械性能的质子交换膜。据目前文献报道，Cheng Tao等报道将聚芳醚腈(Polyaryl EtherNitrile，PEN)和磺化的氧化石墨烯(SGO)浇筑成膜，制备性能优异的PEN/SGO质子交换膜。当膜中SGO的质量分数为1％时，在80℃下的电导率为2.6×10-1S/cm。但是，利用旋涂技术将聚氯乙烯(Polyvinyl chloride，PVC)与磺化的氧化石墨烯(SGO)复合制备具有有序结构的质子交换膜的研究，目前尚未见其报道。我们认为利用旋涂技术基于磺化氧化石墨烯制备具有良好性能的质子交换膜具有理论可行性以及较好的应用背景。
发明内容
针对现有技术存在的空白，本发明的目的在于提供一种利用旋涂技术基于磺化氧化石墨烯制备非水质子交换膜的方法，利用旋涂技术操作简单，适宜大规模生产以及制备的膜具有组分分布均匀等优点，以期待制备出具有高质子电导率以及良好机械性能的非水质子交换膜。
本发明的技术方案是：
一种利用旋涂技术基于磺化氧化石墨烯制备非水质子交换膜的方法，按照以下步骤进行：
(1)将1.6～6.0g聚氯乙烯(PVC)加入到20～40mL的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，配制质量分数为8～15％的PVC溶液；
(2)将0.1～0.6g磺化氧化石墨烯(SGO)加入到20～30mL的DMF中，配制成质量分数为0.5～2％的SGO溶液；
(3)将玻璃基底固定在匀胶机上，用移液枪取2～4mL质量分数8～15％的PVC溶液滴于玻璃板上，以500～2000rpm转速旋涂10～30秒后，于80℃烘箱中烘10～30分钟；
(4)用移液枪取1～2mL质量分数0.5～2％的SGO溶液滴于玻璃板上，于80℃烘箱中烘10～30分钟，记作(PVC/SGO)1旋涂膜；
(5)步骤(3)-(4)重复操作5次后，最后一层涂覆PVC溶液，置于80℃烘箱中烘20分钟后，制备(PVC/SGO)5复合膜；
(6)于25～40℃下，将(PVC/SGO)5复合膜浸泡在质量分数为85％的磷酸(PA)溶液中24～48小时，制备(PVC/SGO)5/PA复合膜。
所述的利用旋涂技术基于磺化氧化石墨烯制备非水质子交换膜的方法，步骤(5)中，(PVC/SGO)5复合膜为5组的PVC/SGO旋涂膜依次叠加，每组PVC/SGO旋涂膜为PVC膜、SGO膜依次叠加；每组PVC/SGO旋涂膜中，PVC膜的厚度为7～10μm，SGO膜的厚度为6～8μm；(PVC/SGO)5复合膜的最顶层增设PVC膜，其厚度为7～10μm。
所述的利用旋涂技术基于磺化氧化石墨烯制备非水质子交换膜的方法，步骤(6)中，按重量百分比计，(PVC/SGO)5/PA复合膜的组成为：(PVC/SGO)5为70～90％，PA为10～30％。
所述的利用旋涂技术基于磺化氧化石墨烯制备非水质子交换膜的方法，步骤(6)中，(PVC/SGO)5/PA复合膜的厚度为73～100μm。
本发明的设计思想是：磺化氧化石墨烯作为新兴材料石墨烯的衍生物，目前在质子交换膜方面应用较少，在这里利用旋涂技术将其与非质子型聚合物进行复合，制备具有多层有序结构的复合膜。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
1、本发明基于旋涂技术制备磷酸掺杂聚合物复合膜能有效对膜厚度进行控制，同时比传统溶液浇筑法内部结构较为均匀有序，有利于质子传导以及机械性能改善；本发明制备的磷酸掺杂的(PVC/SGO)5/PA复合膜，可提高复合膜质子传导能力。
2、本发明制备的(PVC/SGO)5/PA旋涂膜具有良好的机械性能，本发明的制备方法中在25～40℃下，将制备的(PVC/SGO)5旋涂膜浸泡在85％磷酸水溶液中，在160℃不加湿条件下，(PVC/SGO)5/PA复合膜的电导率为3.06×10-2S/cm。
附图说明
图1为本发明实施例1制备和实施例4制备的磷酸掺杂旋涂聚合物复合膜的实物图片；
其中：(A)实施例1未掺杂磷酸；(B)实施例4掺杂磷酸；
图2为实施例1制备的磷酸掺杂与未掺杂旋涂制备聚合物复合膜的拉力曲线；
图3为实施例1制备的磷酸掺杂旋涂制备的聚合物复合膜的扫描电镜图片；
其中：(A)扫描电镜表面图；(B)扫描电镜截面图；
图4为实施例1～实施例3制备的磷酸掺杂旋涂制备聚合物复合膜在0.5～2％的SGO含量中的电导率曲线。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明首先配制聚氯乙烯(PVC)溶液，再制备氧化石墨烯(SGO)溶液，利用匀胶机将PVC溶液均匀涂覆在玻璃板表面，再滴加SGO溶液，重复旋涂步骤5次，烘干后制备(PVC/SGO)5复合膜。在质量分数为85％的PA中浸泡24～48小时，制备(PVC/SGO)5/PA复合膜。
以下通过实施例进一步说明本发明的方法。
实施例1
本实施例的磷酸掺杂旋涂聚合物复合膜的制备方法按照以下步骤进行：
(1)将1.6g聚氯乙烯(PVC)加入到20mL的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，配制质量分数为8％的PVC溶液；
(2)将0.2g磺化氧化石墨烯(SGO)加入到20mL的DMF中，配制成质量分数为1％的SGO溶液；
(3)将玻璃基底固定在匀胶机上，用移液枪取2mL质量分数8％的PVC溶液滴于玻璃板上，以1000rpm转速旋涂10秒后，于80℃烘箱中烘20分钟；
(4)用移液枪取1mL质量分数1％的SGO溶液滴于玻璃板上，于80℃烘箱中烘20分钟，记作(PVC/SGO)1旋涂膜；
(5)步骤(3)-(4)重复操作5次后，最后一层涂覆PVC溶液，置于80℃烘箱中烘20分钟后，制备(PVC/SGO)5复合膜；
本实施例的步骤(5)中，(PVC/SGO)5复合膜为5组的PVC/SGO旋涂膜依次叠加，每组PVC/SGO旋涂膜为PVC膜、SGO膜依次叠加；每组PVC/SGO旋涂膜中，PVC膜的厚度为8μm，SGO膜的厚度为7μm；(PVC/SGO)5复合膜的最顶层增设PVC膜，其厚度为9μm。
如图1(A)所示，本实施例制备的未掺杂磷酸的(PVC/SGO)5旋涂膜实物图片，从图1(A)可以看出，膜表面比较光滑，排列均匀，成膜性好。
(6)于25℃下，将(PVC/SGO)5复合膜浸泡在质量分数为85％的磷酸(PA)溶液中24小时，制备(PVC/SGO)5/PA复合膜。
本实施例的步骤(6)中，按重量百分比计，(PVC/SGO)5/PA复合膜的组成为：(PVC/SGO)5为78.4％，PA为21.6％，(PVC/SGO)5/PA复合膜的厚度为83μm。
本实施例制备的磷酸掺杂的(PVC/SGO)5/PA旋涂膜拉力曲线如图2所示，其扫描电镜图片如图3所示。从图2可以看出，膜的机械性能比较好，泡酸后膜的断裂伸长率还有所提高。从图3可以看出，膜表面比较均匀致密，截面图可明显看出旋涂膜的层状结构。
实施例2
本实施例的磷酸掺杂旋涂聚合物复合膜的制备方法按照以下步骤进行：
(1)将1.6g聚氯乙烯(PVC)加入到20mL的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，配制质量分数为8％的PVC溶液；
(2)将0.1g磺化氧化石墨烯(SGO)加入到20mL的DMF中，配制成质量分数为0.5％的SGO溶液；
(3)将玻璃基底固定在匀胶机上，用移液枪取2mL质量分数8％的PVC溶液滴于玻璃板上，以1000rpm转速旋涂10秒后，于80℃烘箱中烘20分钟；
(4)用移液枪取1mL质量分数0.5％的SGO溶液滴于玻璃板上，于80℃烘箱中烘20分钟，记作(PVC/SGO)1旋涂膜；
(5)步骤(3)-(4)重复操作5次后，最后一层涂覆PVC溶液，置于80℃烘箱中烘20分钟后，制备(PVC/SGO)5复合膜；
本实施例的步骤(5)中，(PVC/SGO)5复合膜为5组的PVC/SGO旋涂膜依次叠加，每组PVC/SGO旋涂膜为PVC膜、SGO膜依次叠加；每组PVC/SGO旋涂膜中，PVC膜的厚度为7μm，SGO膜的厚度为6μm；(PVC/SGO)5复合膜的最顶层增设PVC膜，其厚度为8μm。
(6)于25℃下，将(PVC/SGO)5复合膜浸泡在质量分数为85％的磷酸(PA)溶液中24小时，制备(PVC/SGO)5/PA复合膜。
本实施例的步骤(6)中，按重量百分比计，(PVC/SGO)5/PA复合膜的组成为：(PVC/SGO)5为85.3％，PA为14.7％，(PVC/SGO)5/PA复合膜的厚度为73μm。
实施例3
本实施例的磷酸掺杂旋涂聚合物复合膜的制备方法按照以下步骤进行：
(1)将1.6g聚氯乙烯(PVC)加入到20mL的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，配制质量分数为8％的PVC溶液；
(2)将0.2g磺化氧化石墨烯(SGO)加入到20mL的DMF中，配制成质量分数为1％的SGO溶液；
(3)将玻璃基底固定在匀胶机上，用移液枪取2mL质量分数8％的PVC溶液滴于玻璃板上，以1000rpm转速旋涂10秒后，于80℃烘箱中烘20分钟；
(4)用移液枪取2mL质量分数1％的SGO溶液滴于玻璃板上，于80℃烘箱中烘20分钟，记作(PVC/SGO)1旋涂膜；
(5)步骤(3)-(4)重复操作5次后，最后一层涂覆PVC溶液，置于80℃烘箱中烘20分钟后，制备(PVC/SGO)5复合膜；
本实施例的步骤(5)中，(PVC/SGO)5复合膜为5组的PVC/SGO旋涂膜依次叠加，每组PVC/SGO旋涂膜为PVC膜、SGO膜依次叠加；每组PVC/SGO旋涂膜中，PVC膜的厚度为8μm，SGO膜的厚度为6μm；(PVC/SGO)5复合膜的最顶层增设PVC膜，其厚度为7μm。
(6)于25℃下，将(PVC/SGO)5复合膜浸泡在质量分数为85％的磷酸(PA)溶液中24小时，制备(PVC/SGO)5/PA复合膜。
本实施例的步骤(6)中，按重量百分比计，(PVC/SGO)5/PA复合膜的组成为：(PVC/SGO)5为72.4％，PA为27.6％，(PVC/SGO)5/PA复合膜的厚度为77μm。
实施例4
本实施例的磷酸掺杂旋涂聚合物复合膜的制备方法按照以下步骤进行：
(1)将2.1g聚氯乙烯(PVC)加入到20mL的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，配制质量分数为10％的PVC溶液；
(2)将0.1g磺化氧化石墨烯(SGO)加入到20mL的DMF中，配制成质量分数为0.5％的SGO溶液；
(3)将玻璃基底固定在匀胶机上，用移液枪取3mL质量分数10％的PVC溶液滴于玻璃板上，以1500rpm转速旋涂10秒后，于80℃烘箱中烘20分钟；
(4)用移液枪取1mL质量分数0.5％的SGO溶液滴于玻璃板上，于80℃烘箱中烘20分钟，记作(PVC/SGO)1旋涂膜；
(5)步骤(3)-(4)重复操作5次后，最后一层涂覆PVC溶液，置于80℃烘箱中烘20分钟后，制备(PVC/SGO)5复合膜；
本实施例的步骤(5)中，(PVC/SGO)5复合膜为5组的PVC/SGO旋涂膜依次叠加，每组PVC/SGO旋涂膜为PVC膜、SGO膜依次叠加；每组PVC/SGO旋涂膜中，PVC膜的厚度为7μm，SGO膜的厚度为8μm；(PVC/SGO)5复合膜的最顶层增设PVC膜，其厚度为9μm。
(6)于35℃下，将(PVC/SGO)5复合膜浸泡在质量分数为85％的磷酸(PA)溶液中24小时，制备(PVC/SGO)5/PA复合膜。
本实施例的步骤(6)中，按重量百分比计，(PVC/SGO)5/PA复合膜的组成为：(PVC/SGO)5为90％，PA为10％，(PVC/SGO)5/PA复合膜的厚度为84μm。
本实施例制备的磷酸掺杂的(PVC/SGO)5/PA旋涂膜实物图片如图1(B)所示，从图1(B)可以看出，泡磷酸后，除颜色加深，膜表面没有发生明显变化。
实施例5
本实施例的磷酸掺杂旋涂聚合物复合膜的制备方法按照以下步骤进行：
(1)将2.1g聚氯乙烯(PVC)加入到20mL的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，配制质量分数为10％的PVC溶液；
(2)将0.2g磺化氧化石墨烯(SGO)加入到20mL的DMF中，配制成质量分数为1％的SGO溶液；
(3)将玻璃基底固定在匀胶机上，用移液枪取3mL质量分数10％的PVC溶液滴于玻璃板上，以1500rpm转速旋涂20秒后，于80℃烘箱中烘10分钟；
(4)用移液枪取1mL质量分数1％的SGO溶液滴于玻璃板上，于80℃烘箱中烘10分钟，记作(PVC/SGO)1旋涂膜；
(5)步骤(3)-(4)重复操作5次后，最后一层涂覆PVC溶液，置于80℃烘箱中烘20分钟后，制备(PVC/SGO)5复合膜；
本实施例的步骤(5)中，(PVC/SGO)5复合膜为5组的PVC/SGO旋涂膜依次叠加，每组PVC/SGO旋涂膜为PVC膜、SGO膜依次叠加；每组PVC/SGO旋涂膜中，PVC膜的厚度为10μm，SGO膜的厚度为6μm；(PVC/SGO)5复合膜的最顶层增设PVC膜，其厚度为8μm。
(6)于35℃下，将(PVC/SGO)5复合膜浸泡在质量分数为85％的磷酸(PA)溶液中24小时，制备(PVC/SGO)5/PA复合膜。
本实施例的步骤(6)中，按重量百分比计，(PVC/SGO)5/PA复合膜的组成为：(PVC/SGO)5为78.9％，PA为21.1％，(PVC/SGO)5/PA复合膜的厚度为88μm。
实施例6
本实施例的磷酸掺杂旋涂聚合物复合膜的制备方法按照以下步骤进行：
(1)将2.1g聚氯乙烯(PVC)加入到20mL的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，配制质量分数为10％的PVC溶液；
(2)将0.4g磺化氧化石墨烯(SGO)加入到20mL的DMF中，配制成质量分数为2％的SGO溶液；
(3)将玻璃基底固定在匀胶机上，用移液枪取3mL质量分数10％的PVC溶液滴于玻璃板上，以1500rpm转速旋涂30秒后，于80℃烘箱中烘10分钟；
(4)用移液枪取1mL质量分数2％的SGO溶液滴于玻璃板上，于80℃烘箱中烘10分钟，记作(PVC/SGO)1旋涂膜；
(5)步骤(3)-(4)重复操作5次后，最后一层涂覆PVC溶液，置于80℃烘箱中烘20分钟后，制备(PVC/SGO)5复合膜；
本实施例的步骤(5)中，(PVC/SGO)5复合膜为5组的PVC/SGO旋涂膜依次叠加，每组PVC/SGO旋涂膜为PVC膜、SGO膜依次叠加；每组PVC/SGO旋涂膜中，PVC膜的厚度为7μm，SGO膜的厚度为7μm；(PVC/SGO)5复合膜的最顶层增设PVC膜，其厚度为10μm。
(6)于35℃下，将(PVC/SGO)5复合膜浸泡在质量分数为85％的磷酸(PA)溶液中24小时，制备(PVC/SGO)5/PA复合膜。
本实施例的步骤(6)中，按重量百分比计，(PVC/SGO)5/PA复合膜的组成为：(PVC/SGO)5为84.3％，PA为15.7％，(PVC/SGO)5/PA复合膜的厚度为80μm。
实施例7
本实施例的磷酸掺杂旋涂聚合物复合膜的制备方法按照以下步骤进行：
(1)将6.0g聚氯乙烯(PVC)加入到40mL N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，配制质量分数为15％的PVC溶液；
(2)将0.6g磺化氧化石墨烯(SGO)加入到30mL的DMF中，配制成质量分数为2％的SGO溶液；
(3)将玻璃基底固定在匀胶机上，用移液枪取4mL质量分数15％的PVC溶液滴于玻璃板上，以2000rpm转速旋涂30秒后，于80℃烘箱中烘30分钟；
(4)用移液枪取1mL质量分数2％的SGO溶液滴于玻璃板上，于80℃烘箱中烘30分钟，记作(PVC/SGO)1旋涂膜；
(5)步骤(3)-(4)重复操作5次后，最后一层涂覆PVC溶液，置于80℃烘箱中烘20分钟后，制备(PVC/SGO)5复合膜；
本实施例的步骤(5)中，(PVC/SGO)5复合膜为5组的PVC/SGO旋涂膜依次叠加，每组PVC/SGO旋涂膜为PVC膜、SGO膜依次叠加；每组PVC/SGO旋涂膜中，PVC膜的厚度为10μm，SGO膜的厚度为8μm；(PVC/SGO)5复合膜的最顶层增设PVC膜，其厚度为10μm。
(6)于40℃下，将(PVC/SGO)5复合膜浸泡在质量分数为85％的磷酸(PA)溶液中24小时，制备(PVC/SGO)5/PA复合膜。
本实施例的步骤(6)中，按重量百分比计，(PVC/SGO)5/PA复合膜的组成为：(PVC/SGO)5为81.4％，PA为18.6％，(PVC/SGO)5/PA复合膜的厚度为100μm。
实施例8
本实施例的磷酸掺杂旋涂聚合物复合膜的制备方法按照以下步骤进行：
(1)将6.0g聚氯乙烯(PVC)加入到40mL N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，配制质量分数为15％的PVC溶液；
(2)将0.3g磺化氧化石墨烯(SGO)加入到30mL的DMF中，配制成质量分数为1％的SGO溶液；
(3)将玻璃基底固定在匀胶机上，用移液枪取4mL质量分数15％的PVC溶液滴于玻璃板上，以2000rpm转速旋涂20秒后，于80℃烘箱中烘30分钟；
(4)用移液枪取1mL质量分数1％的SGO溶液滴于玻璃板上，于80℃烘箱中烘30分钟，记作(PVC/SGO)1旋涂膜；
(5)步骤(3)-(4)重复操作5次后，最后一层涂覆PVC溶液，置于80℃烘箱中烘20分钟后，制备(PVC/SGO)5复合膜；
本实施例的步骤(5)中，(PVC/SGO)5复合膜为5组的PVC/SGO旋涂膜依次叠加，每组PVC/SGO旋涂膜为PVC膜、SGO膜依次叠加；每组PVC/SGO旋涂膜中，PVC膜的厚度为9μm，SGO膜的厚度为7μm；(PVC/SGO)5复合膜的最顶层增设PVC膜，其厚度为10μm。
(6)于40℃下，将(PVC/SGO)5复合膜浸泡在质量分数为85％的磷酸(PA)溶液中24小时，制备(PVC/SGO)5/PA复合膜。
本实施例的步骤(6)中，按重量百分比计，(PVC/SGO)5/PA复合膜的组成为：(PVC/SGO)5为79.6％，PA为20.4％，(PVC/SGO)5/PA复合膜的厚度为90μm。
实施例9
本实施例的磷酸掺杂旋涂聚合物复合膜的制备方法按照以下步骤进行：
(1)将6.0g聚氯乙烯(PVC)加入到40mL N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，配制质量分数为15％的PVC溶液；
(2)将0.1g磺化氧化石墨烯(SGO)加入到20mL的DMF中，配制成质量分数为0.5％的SGO溶液；
(3)将玻璃基底固定在匀胶机上，用移液枪取4mL质量分数15％的PVC溶液滴于玻璃板上，以1500rpm转速旋涂10秒后，于80℃烘箱中烘30分钟；
(4)用移液枪取1mL质量分数0.5％的SGO溶液滴于玻璃板上，于80℃烘箱中烘30分钟，记作(PVC/SGO)1旋涂膜；
(5)步骤(3)-(4)重复操作5次后，最后一层涂覆PVC溶液，置于80℃烘箱中烘20分钟后，制备(PVC/SGO)5复合膜；
本实施例的步骤(5)中，(PVC/SGO)5复合膜为5组的PVC/SGO旋涂膜依次叠加，每组PVC/SGO旋涂膜为PVC膜、SGO膜依次叠加；每组PVC/SGO旋涂膜中，PVC膜的厚度为10μm，SGO膜的厚度为8μm；(PVC/SGO)5复合膜的最顶层增设PVC膜，其厚度为7μm。
(6)于40℃下，将(PVC/SGO)5复合膜浸泡在质量分数为85％的磷酸(PA)溶液中24小时，制备(PVC/SGO)5/PA复合膜。
本实施例的步骤(6)中，按重量百分比计，(PVC/SGO)5/PA复合膜的组成为：(PVC/SGO)5为70％，PA为30％，(PVC/SGO)5/PA复合膜的厚度为97μm。
实施例10
本实施例的磷酸掺杂旋涂聚合物复合膜的制备方法按照以下步骤进行：
(1)将3.2g聚氯乙烯(PVC)加入到40mL N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，配制质量分数为8％的PVC溶液；
(2)将0.2g磺化氧化石墨烯(SGO)加入到20mL的DMF中，配制成质量分数为1％的SGO溶液；
(3)将玻璃基底固定在匀胶机上，用移液枪取2mL质量分数8％的PVC溶液滴于玻璃板上，以1000rpm转速旋涂10秒后，于80℃烘箱中烘20分钟；
(4)用移液枪取1mL质量分数1％的SGO溶液滴于玻璃板上，于80℃烘箱中烘20分钟，记作(PVC/SGO)1旋涂膜；
(5)步骤(3)-(4)重复操作5次后，最后一层涂覆PVC溶液，置于80℃烘箱中烘20分钟后，制备(PVC/SGO)5复合膜；
本实施例的步骤(5)中，(PVC/SGO)5复合膜为5组的PVC/SGO旋涂膜依次叠加，每组PVC/SGO旋涂膜为PVC膜、SGO膜依次叠加；每组PVC/SGO旋涂膜中，PVC膜的厚度为7μm，SGO膜的厚度为6μm；(PVC/SGO)5复合膜的最顶层增设PVC膜，其厚度为10μm。
(6)于25℃下，将(PVC/SGO)5复合膜浸泡在质量分数为85％的磷酸(PA)溶液中48小时，制备(PVC/SGO)5/PA复合膜。
本实施例的步骤(6)中，按重量百分比计，(PVC/SGO)5/PA复合膜的组成为：(PVC/SGO)5为88.5％，PA为11.5％，(PVC/SGO)5/PA复合膜的厚度为75μm。
实施例1～实施例3中的磷酸掺杂的(PVC/SGO)5/PA复合膜在不同温度下的电导率如图4所示，可以看出，随着SGO含量的增加，(PVC/SGO)5/PA复合膜的电导率也有所上升。
实施例结果表明，本发明利用旋涂技术，基于SGO的优良导电性能和旋涂技术制备的膜材料厚度可控等优点制备具有高机械性能以及良好质子传导率等优点的非水质子交换膜，具有良好的应用前景。

Claims (2)

1.一种利用旋涂技术基于磺化氧化石墨烯制备非水质子交换膜的方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
（1）将1.6~6.0g聚氯乙烯PVC加入到20~40mL的N，N-二甲基甲酰胺DMF中，配制质量分数为8~15% 的PVC溶液；
（2）将0.1~0.6g磺化氧化石墨烯SGO加入到20~30mL的DMF中，配制成质量分数为0.5~2%的SGO溶液；
（3）将玻璃基底固定在匀胶机上，用移液枪取2~4mL质量分数8~15%的PVC溶液滴于玻璃板上，以500~2000rpm转速旋涂10~30秒后，于80℃烘箱中烘10~30分钟；
（4）用移液枪取1~2mL质量分数0.5~2%的SGO溶液滴于玻璃板上，于80℃烘箱中烘10~30分钟，记作(PVC/SGO)1旋涂膜；
（5）步骤（3）-（4）重复操作5次后，最后一层涂覆PVC溶液，置于80℃烘箱中烘20分钟后，制备(PVC/SGO)5复合膜；
（6）于25~40℃下，将(PVC/SGO)5复合膜浸泡在质量分数为85%的磷酸PA溶液中24~48小时，制备(PVC/SGO)5/PA复合膜；
步骤（5）中，(PVC/SGO)5复合膜为5组的PVC/SGO旋涂膜依次叠加，每组PVC/SGO旋涂膜为PVC膜、SGO膜依次叠加；每组PVC/SGO旋涂膜中，PVC膜的厚度为7~10μm，SGO膜的厚度为6~8μm；(PVC/SGO)5复合膜的最顶层增设PVC膜，其厚度为7~10μm；
步骤（6）中，按重量百分比计，(PVC/SGO)5/PA复合膜的组成为：(PVC/SGO)5为70~90%，PA为10~30%。
2.根据权利要求1所述的利用旋涂技术基于磺化氧化石墨烯制备非水质子交换膜的方法，其特征在于，步骤（6）中，(PVC/SGO)5/PA复合膜的厚度为73~100μm。
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