Development of Nanoprotonics Materials Based on Three Dimensional Hydrogen Bonding Networks

基于三维氢键网络的纳米质子材料的研制

• 批准号: 21655075
• 负责人: MATSUDA Atsunori
• 金额: $ 2.16万
• 依托单位: Toyohashi University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21655075/
• 关键词: メカノケミカル; プロトン; 固体酸; 電解質; 燃料電池; 無機-有機; 複合体; メカノケミカル処理; 硫酸塩; リン酸塩; ヘテロポリ酸; グアニン; アゾール; 水素結合; 導電率; NMR

Several kinds of hydrogen sulfate MHSO_4(M=Cs, K, Na, NH_4) and WPA were mechanochemically milled to synthesize highly proton conducting xMHSO_4・(100-x) WPA(mol%) composites. Except NaHSO_4-WPA composites, xMHSO_4・(100-x) WPA(M=Cs, K, NH_4) with x=90-95 composites showed high proton conductivities in a wide temperature range under dry conditions. Chemical interactions via ion-exchange and hydrogen bond between XHSO_4 and WPA were confirmed from structural studies. Furthermore, the anhydrous proton conductivity of the MHSO_4-WPA composites was well correlated with their estimated hydrogen bonding distance, indicating that reduction of the hydrogen bonding distance in the MHSO_4-WPA composites is significant in the proton hopping to achieve anhydrous high proton conductivity. Inorganic-organic composite electrolytes were fabricated from CsHSO_4-WSiA and polybenzimidazole(PBI) for application in medium temperature fuel cells. The mechanochemically synthesized Cs-WSiA composites are a promising material to achieve high electrochemical properties in the intermediate fuel cells.

将几种硫酸氢MHSO_4（M=Cs， K, Na, NH_4）与WPA进行机械化学研磨，合成了高质子导电性的xMHSO_4·（100-x） WPA（mol%）复合材料。除NaHSO_4-WPA复合材料外，x=90-95的xMHSO_4·（100-x） WPA（M=Cs， K, NH_4）复合材料在干燥条件下在宽温度范围内具有较高的质子导电性。从结构上证实了XHSO_4与WPA之间通过离子交换和氢键的化学相互作用。此外，MHSO_4-WPA复合材料的无水质子电导率与其估计的氢键距离有很好的相关性，表明MHSO_4-WPA复合材料中氢键距离的减小对质子跳变具有重要意义，从而实现无水高质子电导率。以CsHSO_4-WSiA和聚苯并咪唑（PBI）为原料制备了用于中温燃料电池的无机-有机复合电解质。机械化学合成的Cs-WSiA复合材料是一种具有较高电化学性能的中间燃料电池材料。

项目成果

Inorganic-Organic Composite Electrolytes Consisting of Polybenzimidazole and Cs-Substituted Heteropoly Acids and Their Application for Medium Temperature Fuel Cell

聚苯并咪唑和Cs取代杂多酸无机-有机复合电解质及其在中温燃料电池中的应用

• 发表时间: 2010
• 期刊: Journal of Materials Chemistry
• 作者: S-Y. Oh;T. Yoshida;G. Kawamura;H. Muto;M. Sakai and A. Matsuda
• 通讯作者: M. Sakai and A. Matsuda

Preparation of Proton Conductive Solid Acid Composites by Mechanical Milling-Review paper

机械研磨制备质子导电固体酸复合材料-综述论文

• 发表时间: 2010
• 期刊: Journal of the Japan Petroleum Institute 53[1]
• 作者: Y.Daiko;A.Matsuda
• 通讯作者: A.Matsuda

メカノケミカル法によるプロトン伝導性電解質材料の合成と界面解析によるプロトン伝導メカニズムの究明

利用机械化学方法合成质子传导电解质材料并通过界面分析研究质子传导机制

• 发表时间: 2011
• 作者: Y.Daiko;V.H.Nguyen;H.Muto;M.Sakai;A.Matsuda;松田厚範
• 通讯作者: 松田厚範

高プロトン伝導性MHAO_4-Azole系複合体のメカノケミカル合成および特性評価

高质子传导MHAO_4-唑基复合材料的机械化学合成与表征

• 发表时间: 2011
• 作者: 田部勢津久;上田純平;内堀大輔・呉松烈・河村剛・武藤浩行・松田厚範
• 通讯作者: 内堀大輔・呉松烈・河村剛・武藤浩行・松田厚範

硫酸水素セシウムとトリアゾールからなるプロトン伝導性無機-有機複合体のメカノケミカル合成

硫酸氢铯和三唑质子传导无机有机复合材料的机械化学合成

• 发表时间: 2010
• 作者: 呉松烈;内堀大輔;吉田敏宏;河村剛;武藤浩行;松田厚範
• 通讯作者: 松田厚範