宽温域多孔质子导体的结构调控
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- 英文论文题名：Structural Control of Porous Materials for Proton Conductor in Wide Temperature Range
- 论文作者：项生昌 ; 张章静 ; 叶应祥 ; 姚梓竹
- 英文论文作者：Shengchang Xiang ; Zhangjing Zhang ; Yingxiang Ye ; Zizhu Yao ; College of Materials Science and Engineering ; Fujian Normal University
- 年：2016
- 作者机构：福建师范大学材料科学与工程学院;
- 论文关键词：多孔质子导体 ; 呼吸效应 ; 宽温域 ; 金属有机框架
- 会议召开时间：2016-07-01
- 会议录名称：中国化学会第30届学术年会摘要集-第十六分会：晶体工程
- 语种：中文
- 分类号：TM911.4;O641.4
- 学会代码：ZGHY
- 会议名称：中国化学会第30届学术年会-第十六分会 ; 晶体工程
- 会议地点：中国辽宁大连
- 主办单位：中国化学会
- 学会名称：中国化学会
- 页数：1
- 文件大小：152k
- 原文格式：D
- 会议级别：全国
摘要
质子传导燃料电池(PEMFC)具有比功率高、能量转换效率高、工作温度低、超低排放等特性,是世界各国在汽车领域争先发展的对象。当前使用的Nafion全氟磺酸质子交换膜,基于水介质基的质子传导机理,既无法在中高温度工作,以避免必要的铂催化剂的CO中毒,也无法在零下温度正常启动,以满足车载技术在寒冷地区的应用,严重阻碍了PEMFC的推广。为满足质子燃料电池汽车的这一需求,迫切需要发展可从零下到中等温度范围内操作的宽温域高质导材料。我们通过调控不同长度的单体获得不同孔径的介孔聚酰亚胺:1.2 nm的Td-PNDI和3 nm的Td-PPI,再将高熔点的咪唑蒸入介孔获得Im@Td-PNDI和Im@Td-PPI。发现介孔更大的Im@Td-PPI比前者具有更高的质子导体性。不同于己有的质子导体材料,即便在-40℃,Im@Td-PPI和Im@Td-PNDI仍表现出明显的质子导体行为,电导率分别为2.23×10~(-6)和4.58×10~(-7)S cm~(-1)。从-40℃到40℃,Im@Td-PPI的导电率为己报道非水质子导体的最高值。在90℃,Im@Td-PPI的质子导电率,达到3.49×10~(-4)S cm-1,与目前最好的非水质子导体相当,在国际上率先实现从零下到中温区的宽温域高质导材料。进一步,我们利用柔性MOFs的呼吸效应和封装功能来筛选和优化不同的质子载体。[Zn_3(tz)_2(bdc)_2]_n(FJU-31,Htz=1H-1,2,3-三氮唑)封装不同的羟基化合物G:对苯二酚(Hq),环己醇(Ch)和丁醇(Bu)后,获得三个不同的晶体FJU-31@G。封装对苯二酚的FJU-31@Hq表现出高的无水质子导电性(2.65×10~(-4)S·cm~(-1)),低的活化能(0.18 eV)和晶状多孔材料中稳定质子传输的最宽温度范围(-40~125℃)。由于Hq的高熔点和小pKa,Hq是极具前景的质子载体。
It is important but still challenging to develop high-performance proton conducting materials for proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs),as such materials should meet the following requirements:stable proton-transport pathway over a wide temperature range,high conductivity at work temperature,and small activation energy E_a to maintain high conductivity at start temperature.Various porous materials and proton carriers have been employed to control the proton conductor in wide temperature range.
It is important but still challenging to develop high-performance proton conducting materials for proton exchange membrane fuel cells(PEMFCs),as such materials should meet the following requirements:stable proton-transport pathway over a wide temperature range,high conductivity at work temperature,and small activation energy E_a to maintain high conductivity at start temperature.Various porous materials and proton carriers have been employed to control the proton conductor in wide temperature range.
引文
[1]Ye,Y.;Zhang,L.;Peng,Q.;Wang,G.;Shen,Y.;Li,Z.;Wang,L.;Ma,X.;Chen,Q.;Zhang,Z.;Xiang,S.J.Am.Chem.Soc.2015,137:913.
[2]Ye,Y.;Wu,X.;Yao,Z.;Wu,L.;Cai,Z.;Wang,L.;Ma,X.;Chen,Q.;Zhang,Z.;Xiang,S.J.Mater.Chem.A2016,4:4062
[2]Ye,Y.;Wu,X.;Yao,Z.;Wu,L.;Cai,Z.;Wang,L.;Ma,X.;Chen,Q.;Zhang,Z.;Xiang,S.J.Mater.Chem.A2016,4:4062