过渡金属亚硫酸化合物的合成及质子传导性质研究

来源 :辽宁石油化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhaofeng130
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近年来,质子导电材料由于在一些化学器件特别是燃料电池中的应用而受到广泛的关注。Nafion是目前应用最广泛的一种电解质膜材料,在相对湿度98%的条件下,6080℃的温度范围内,其质子电导率高达10-2scm-1。然而,该材料存在着成本高、操作温度受限、质子转运途径难以优化等诸多局限性。因此,设计和合成新的低成本、宽操作温度的质子传导材料对燃料电池的研究具有重要意义。我们尝试将亚硫酸引入到无机框架中,设计开发新的具有质子传导能力的亚硫酸盐化合物。本文以氨基酸和哌嗪作为模板剂,通过调整反应物的配比、浓度以及酸性,改变反应的环境与条件,在水热以及无溶剂热的条件下合成了五个亚硫酸盐化合物、一个草酸盐化合物以及一个硫酸盐化合物,对所合成出的化合物进行了一系列表征,并对部分化合物进行了电化学分析、发光性能分析。首先,以L-组氨酸为配体,在水热的条件下合成了一个具有12元环窗口的亚硫酸锌Zn2(SO32(DL-His)·H2O(DL-His=C6N3O2H9)(化合物1),用无溶剂的的方法合成了具有三维蜂窝结构的草酸铟In2(C2O43.5(C6H10O2)·3H2O(化合物2)。化合物1在75℃,98%的相对湿度下具有较强的质子传导能力,质子传导值约为10-33 Scm-1,可以与很多MOFs材料媲美,并且该化合物的水热稳定性较强,即使是在75℃,98%的相对湿度下经过电化学测试后晶体形貌依旧保持良好,这种特性在质子传导材料方面有很大的优势。化合物2在60℃,98%相对湿度下,质子传导值达到10-4 Scm-1,当温度和湿度升高时,质子传导值比较稳定,是质子传导材料的最佳候选之一。其次,以无水哌嗪为模板剂,在水热条件下成功的合成了两个二维层状的亚硫酸锰Mn(SO32·H2O(化合物3),Na2[Mn(SO32·2H2O](化合物4)和一个一维链状硫酸锰[Mn2(H2O)2(SO4)(C4N2H12)]·H2O·Cl(化合物5)。交流阻抗测试证明化合物3具有质子传导性质,化合物4不具有质子传导性质。最后,以哌嗪为配体,合成了两个新的亚硫酸锌化合物Zn(SO3)pip(pip=C4N2H10)(化合物6-7)。亚硫酸锌是为数不多的亚硫酸盐中研究较多的一类材料,但是在化合物6和化合物7中哌嗪直接交联在骨架上参与骨架的合成,这在亚硫酸盐中较为少见。
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