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一類具有高質子傳導性的新型結晶多孔有機鹽

來源:鉅大LARGE    2019-06-28    點擊量:169

科學家開發了一類具有高質子傳導性的新型結晶多孔有機鹽,用于燃料電池的質子交換膜等應用。據AngewandteChemie雜志報道,含有水的極性通道在質子傳導中起著關鍵作用。在約60℃和高濕度下,它們的質子傳導性是在多孔材料中發現的最好的之一。

多孔有機材料可用于許多應用,包括催化系統,分離過程和氣體儲存。雖然這些類似框架的結構差異很大,但它們有一個共同點:它們的組件通過共價鍵連接。另一方面,多孔有機鹽是一類新的材料,其中組分通過離子鍵保持在一起,離子鍵是正電荷和帶負電離子之間的吸引力。由于它們的毛孔通常會塌陷,因此它們難以生產先前已知的有機鹽的離子鍵不足以穩定多孔結構。

在吉林大學(中國長春)與騰本合作的研究人員現已成功地將有機堿和酸結合在一起,生成具有非常強鍵的鹽,并確定了形成穩定孔系統的晶體結構。這些高度多孔的固體具有有機鹽中最高的內表面積。科學家們證明了離子鍵的強度與孔結構的穩定性之間存在顯著的相關性。

鹽中的孔形成一維通道并且可以保持水。水分子通過氫鍵彼此結合并與帶電基團結合。這些方面使鹽具有異常高的質子傳導性。具有高質子傳導性的材料已經成為關注的焦點,因為它們是用于燃料電池的良好電解質。在燃料電池中,在物理分離的同時發生化學反應的兩個半反應。最流行的版本使用反應氧和氫來形成水。在這種情況下,兩個電池必須通過電解質交換質子(帶正電的氫原子)-通常通過質子傳導聚合物膜。科學家一直在尋找更有效,更強大的電解質。這些新鹽可能是候選者。

在傳統的聚合物膜中,質子傳遞通過含水通道發生,通過該含水通道,網絡中的質子通過氫鍵結合的水分子從一個分子轉移到下一個分子。在鹽中,傳輸機制是不同的。計算表明質子通過“快遞”通過通道發送:水分子結合質子并通過通道擴散,釋放另一側的質子。

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