Новости химической науки > Мембраны для топливных элементов из проводимых MOF

Канадские исследователи заявляют, что кристаллические соединения нового типа могут увеличить производительность топливных элементов. Полученные ими токопроводящие металлоорганические каркасные структуры [metal organic frameworks (MOF)] могут быть использованы для получения мембран, разделяющих газы в протонообменных топливных элементах мембранного типа.

Строение новых металлоорганических каркасных структур. (Серый – C, красный – O, желтый – S, синий – Na (Рисунок из Nature Chem., 2009, DOI: 10.1038/NCHEM.402)

Молекулярные губки MOF чаще всего рассматриваются как потенциальные материалы для хранения газов, в том числе и водорода, а также для улавливания диоксида углерода. Однако Джордж Симудзу (George Shimizu) из Университета Калгари решили использовать MOF для решения более сложной задачи – высокотемпературной проводимости протонов.

Протонобменная мембран представляет собой изолирующий материал, расположенный между двумя электродами топливного элемента, разделяющего водород и воздух и позволяющих проходить через него протонам, но не электронам. Самая сложная задача в технологии топливных элементов – создание проводящих протоны мембран, функционирующих при оптимальной рабочей температуре топливного элемента – около 100°C. Разработанная ирландскими исследователями MOF – органилсульфонат PCMOF2, строение которой похоже на строение пчелиных сот, может справиться с этой непростой задачей.

Сульфонатные атомы кислорода нового материала могут способствовать переносу протонов за счет системы водородных связей. По словам Симудзу высокотемпературная протонная проводимость нового материала заключается в особенности строения его пор.

Симудзу отмечает, что при загрузке внутреннего объема PCMOF2 водой наблюдается низкотемпературная протонная проводимость, а замена воды на триазол обеспечивает высокую проводимость нового материала, в этом случае протонная проводимость наблюдается при 150°C. Триазол, как и вода отличается амфотерными свойствами и может служить «проводником» протонов, однако меньшая летучесть обеспечивает возможность его работы при температурах более 100°С, размеры триазола способствуют тому, что это соединение блокирует поры MOF и не дает газам в приэлектродных пространствах смешиваться между собой.

Источник: Nature Chem., 2009, DOI: 10.1038/NCHEM.402

метки статьи: #новые материалы, #физическая химия, #химическая технология, #химия полимеров, #элементоорганическая химия