Главная – Журналы – Химия в интересах устойчивого развития 2024 номер 5

Статья посвящена созданию и исследованию свойств среднетемпературных высокопроводящих композиционных протонных электролитов нового типа при введении добавки наноалмаза (НА) к дигидрофосфату цезия. Рассмотрены данные изменения структурных свойств соли в композите, морфологии, механической прочности и протонной проводимости в зависимости от состава (1-х)CsH₂PO₄-xНА (где х = 0-0.98 - молярная доля НА). Методом ИК-спектроскопии получена ценная информация, объясняющая механизм образования нанокомпозитов, обусловленный частичным связыванием протонов соли с ОН-группами наноалмаза, в результате чего организуется более слабая система водородных связей соли. Показано, что химическое взаимодействие между компонентами в композитах отсутствует, и структура CsH₂PO₄ (P2₁/m) сохраняется при диспергировании и частичной аморфизации соли с увеличением доли НА. Композиты характеризуются равномерным распределением частиц. Введение небольших концентраций НА приводит к стабилизации размера частиц соли (250±20 нм) в нанокомпозитах как результат межфазного поверхностного взаимодействия компонентов. По изменению энтальпии суперионного фазового перехода и по данным рентгенофазового анализа проведена оценка содержания аморфной фазы в композитах, которое существенно увеличивается с ростом молярной доли НА, достигая 50 % при х = 0.8. Наблюдается значительное повышение протонной проводимости низкотемпературной фазы CsH₂PO₄ до 3.5 порядков величины с максимумом при x = 0.9 и снижение при x > 0.95 вследствие эффекта перколяции “проводник - изолятор”. Суперионная проводимость композитов не изменяется вплоть до х = 0.7 (11.7 об. % НА) и остается близкой к исходной соли CsH₂PO₄ (~10-2 См/см). Оценка прочностных характеристик нанокомпозитов методом Виккерса показала, что вследствие высокой твердости наноалмазов микротвердость композитов существенно превосходят исходный CsH2PO4 даже при небольшом содержании добавок НА (х = 0.3, что соответствует 2.64 об. %). Исследуемые композиционные электролиты обладают высокой протонной проводимостью, химической стабильностью и механической прочностью, необходимой для среднетемпературных протонных мембран топливных элементов нового типа.