本發(fā)明涉及水電解，更具體地涉及一種用于電解水制氫的界面改性復合膜及其制備方法。

背景技術：

1、直接海水電解是一種在淡水資源匱乏且可再生電力充足的背景下生產清潔氫燃料的潛力技術。海水因其儲量豐富的天然優(yōu)勢，以及沿海地區(qū)風能等可再生能源的高度可用性，使得高效、低成本的海水電解制氫技術在推動沿海地區(qū)大規(guī)?？稍偕茉聪{方面具有重要意義。然而，當前直接海水電解技術距離商業(yè)化應用仍存在顯著技術瓶頸，其核心挑戰(zhàn)之一是電解過程中海水中氯離子(cl-)會在陽極側發(fā)生氯氧化反應(cer)，與析氧反應(oer)競爭，顯著降低了電解的法拉第效率。此外，cer反應生成的強氧化性產物會加速電極腐蝕，進一步降低電解性能。

2、現(xiàn)有改進策略通常集中于設計高效的oer催化劑，以提升oer反應的動力學性能，從而抑制氯氧化副反應。然而，由于cer的動力學在多數(shù)條件下優(yōu)于oer反應，尤其是在高電流密度下，單純通過催化劑動力學調控來抑制副反應的效果往往難以取得理想效果。另一種策略是僅在陰極側引入海水，而陽極側采用無氯離子的堿性溶液，以避免cer進行。然而，在該過程中，海水中氯離子仍可能通過擴散和遷移穿過隔膜/離子膜進入陽極側，導致陽極氯離子濃度逐漸升高，進而影響系統(tǒng)效率。因此，實現(xiàn)高效海水電解的關鍵之一在于合理控制離子傳輸性能。隔膜需要同時具備有效阻隔氯離子的能力和良好的載荷離子(通常為oh-)傳輸能力。這一技術難題的解決將為直接海水電解的實用化和規(guī)?；瘧玫於ㄖ匾A。

3、在選擇性氯離子傳輸?shù)难芯恐校斍暗闹攸c多集中于無機涂層技術，而非傳統(tǒng)的有機膜材料。例如，2021年發(fā)表在《acs?catalysis》上的文章“ultrathin?silicon?oxideoverlayers?enable?selective?oxygen?evolution?from?acidic?and?unbuffered?ph-neutral?seawater”(acs?catal.2021,11,1316-1330)中，研究團隊通過在鉑電極表面覆蓋超薄氧化硅(siox)涂層，使其對氯離子的滲透性相比電解質降低了3-4個數(shù)量級，從而顯著抑制了cer反應。同樣，2023年發(fā)表在《chemical?science》上的研究“ion?sievingmembrane?for?direct?seawater?anti-precipitation?hydrogen?evolution?reactionelectrode”(chem.sci.,2023,14,11830-11839)報道了一種由多孔ni(oh)2納濾膜保護的泡沫鎳析氫電極。該納濾膜利用正電荷的靜電排斥作用，提高了對mg2+、ca2+等雜質離子的選擇性，同時保持了oh-和h2o的快速傳輸性能。

4、現(xiàn)有技術中，常采用有機聚合物膜作為海水電解的膜材料，例如faa/fab系列和dioxidegrade?t/grade?rt系列。這些膜材料廣泛應用于堿性aem電解水技術中。然而，在直接海水電解中，這類聚合物膜存在以下幾個主要問題：1)cl-離子阻隔效果差：由于聚合物膜的離子通道尺寸較大，且其內部雙電層結構對cl-離子無法有效隔離，導致其在電解過程中對氯離子的選擇性較差；2)cl-離子與季銨基團的結合導致膜電阻增大：cl-離子易通過離子交換與膜中的季銨活性基團結合，從而增加膜的電阻，降低電解效率；3)成本較高：離子傳導聚合物膜的價格較為昂貴，這在一定程度上阻礙了電解水制氫技術的大規(guī)模商業(yè)化。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決上述現(xiàn)有技術中的cl-離子阻隔效果差等問題，本發(fā)明提供一種用于電解水制氫的界面改性復合膜及其制備方法。

2、根據(jù)本發(fā)明的用于電解水制氫的界面改性復合膜的制備方法，其包括如下步驟：s1，分別提供nife-ldhs、多孔膜的支撐基底和離子傳導聚合物；s2，將nife-ldhs分散到分散溶劑中得到分散液，將分散液倒在支撐基底上以通過真空過濾將nife-ldhs負載到支撐基底上，得到負載膜；s3，將離子傳導聚合物溶解到溶解溶劑中得到聚合物溶液，將聚合物溶液澆筑在負載膜表面，用刮刀涂覆均勻，烘干得到界面改性復合膜，聚合物在烘干過程中濃縮并填充到支撐基底的微孔內以提供界面改性復合膜的離子通道。

3、在優(yōu)選的實施例中，在步驟s1中，將多孔膜依次放入異丙醇和丙酮中進行超聲清洗后真空干燥，得到支撐基底。

4、在優(yōu)選的實施例中，多孔膜為多孔聚乙烯膜或多孔聚四氟乙烯膜。

5、在優(yōu)選的實施例中，離子傳導聚合物為聯(lián)苯聚芳基哌啶。

6、在優(yōu)選的實施例中，在步驟s2中，將支撐基底用潤濕溶劑潤濕，將分散液倒在潤濕的支撐基底上。

7、在優(yōu)選的實施例中，在步驟s2中，將支撐基底放置在抽濾裝置上后潤濕，將分散液倒入到抽濾裝置中進行真空過濾，將薄膜從抽濾裝置取出，用夾具固定后在烘箱中干燥。

8、在優(yōu)選的實施例中，分散和潤濕溶劑分別包括醇。

9、在優(yōu)選的實施例中，分散溶劑還包括水。

10、在優(yōu)選的實施例中，溶解溶劑為乙醇、異丙醇、二甲亞砜、n-甲基吡咯烷酮和/或乙?；装?。

11、根據(jù)本發(fā)明的界面改性復合膜，其根據(jù)上述制備方法得到。

12、根據(jù)本發(fā)明的用于電解水制氫的界面改性復合膜的制備方法，合成步驟簡便，無需復雜設備，所用原料為市面上易于獲取的商用材料，離子傳導聚合物消耗極少，每平方厘米僅需50-100微升，成本低廉，操作簡單，易于放大，泛用性強，可與多種催化劑和離子交換聚合物兼容應用，制備的復合膜具有電阻低、選擇性高、機械性能好等優(yōu)點。根據(jù)本發(fā)明的界面改性復合膜，適用于陽極側采用無氯溶液的應用環(huán)境和堿性環(huán)境中，具有優(yōu)異的電解性能，對oh-離子具有良好的傳輸性能，對氯離子具備較好的阻隔能力/抑制功能，因此其在長時間電解測試過程中可以維持更低的電壓。相較于未改性復合膜以及商用膜，根據(jù)本發(fā)明的界面改性復合膜展現(xiàn)出更低的電阻，具備更好的載荷離子傳輸能力。

技術特征：

1.一種用于電解水制氫的界面改性復合膜的制備方法，其特征在于，該制備方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟s1中，將多孔膜依次放入異丙醇和丙酮中進行超聲清洗后真空干燥，得到支撐基底。

3.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，多孔膜為多孔聚乙烯膜或多孔聚四氟乙烯膜。

4.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，離子傳導聚合物為聯(lián)苯聚芳基哌啶。

5.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟s2中，將支撐基底用潤濕溶劑潤濕，將分散液倒在潤濕的支撐基底上。

6.根據(jù)權利要求5所述的制備方法，其特征在于，在步驟s2中，將支撐基底放置在抽濾裝置上后潤濕，將分散液倒入到抽濾裝置中進行真空過濾，將薄膜從抽濾裝置取出，用夾具固定后在烘箱中干燥。

7.根據(jù)權利要求5所述的制備方法，其特征在于，分散和潤濕溶劑分別包括醇。

8.根據(jù)權利要求7所述的制備方法，其特征在于，分散溶劑還包括水。

9.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，溶解溶劑為乙醇、異丙醇、二甲亞砜、n-甲基吡咯烷酮和/或乙?；装?。

10.一種界面改性復合膜，其特征在于，該界面改性復合膜根據(jù)權利要求1-9中任一項所述的制備方法得到。

技術總結
本發(fā)明涉及一種用于電解水制氫的界面改性復合膜的制備方法，其包括分別提供NiFe?LDHs、多孔膜的支撐基底和離子傳導聚合物；將NiFe?LDHs分散到分散溶劑中得到分散液，將分散液倒在支撐基底上以通過真空過濾將NiFe?LDHs負載到支撐基底上，得到負載膜；將離子傳導聚合物溶解到溶解溶劑中得到聚合物溶液，將聚合物溶液澆筑在負載膜表面，用刮刀涂覆均勻，烘干得到界面改性復合膜，聚合物在烘干過程中濃縮并填充到支撐基底的微孔內以提供界面改性復合膜的離子通道。本發(fā)明還涉及由上述方法得到的界面改性復合膜。本發(fā)明的合成步驟簡便，制備的復合膜具有電阻低、選擇性高、機械性能好等優(yōu)點。

技術研發(fā)人員：王同帥,宮玉輝,王建強,張林娟
受保護的技術使用者：中國科學院上海應用物理研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15