Особенности строения гибридных мембран 4-ВП-ГЭМА-SiO2 и их протонная проводимость

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методом золь–гель синтеза сформированы гибридные органо-неорганические мембраны на основе тетраэтоксисилана и допированных ортофосфорной кислотой сополимеров 4-винилпиридина (4-ВП) и 2‑гидроксиэтилметакрилата (ГЭМА). Мембраны отличаются высокими значениями обменной емкости и протонной проводимости. Увеличение протонной проводимости гибридных органо-неорганических мембран по сравнению с исходным сополимером можно связать с генерацией кристаллизационной воды при формировании фрагмента диоксида кремния, что следует из квантово-химического моделирования локальной структуры мембраны, включающей органическую часть из продукта сополимеризации 4-ВП с ГЭМА (44 атома) и неорганическую часть из 27 атомов, повторяющую структуру блока диоксида кремния.

Об авторах

О. В. Лебедева

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: oks18021972@gmail.com
Россия, 664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Т. В. Раскулова

Ангарский государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: raskulova@list.ru
Россия, 665835, Ангарск, ул. Чайковского, 60

С. А. Безносюк

Алтайский государственный университет

Email: raskulova@list.ru
Россия, 656049, Барнаул, пр. Ленина, 61

А. В. Рябых

Алтайский государственный университет

Email: raskulova@list.ru
Россия, 656049, Барнаул, пр. Ленина, 61

Л. В. Фомина

Ангарский государственный технический университет

Email: raskulova@list.ru
Россия, 665835, Ангарск, ул. Чайковского, 60

Е. И. Сипкина

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Email: raskulova@list.ru
Россия, 664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Список литературы

  1. Honma J., Nakayama H., Nishikawa O., Sugimoto T., Nomura S. Organic/inorganic nano-composites for high temperature proton conducting polymer electrolytes // Solid State Ionics. 2003. V. 162–163. P. 237.
  2. Ярославцев А.Б. Основные направления разработки и исследования твердых электролитов // Успехи химии. 2016. Т. 85. № 11. С. 1255–1277.
  3. Ivanov V.S., Yegorov A.S., Allakhverdov G.R., Men’shikov V.V. Synthesis and investigation of polyimide-based proton-exchange membranes containing polysiloxane and crow nether moiety // Oriental J. Chemistry. 2018. V. 34. № 1. P. 255–264.
  4. Guizhen Guo, Sun Youyi, Fu Qiang, MaYibing, Zhou Yaya, Xiong Zhiyuan, Liu Yaqing. Sol-gel synthesis of ternary conducting polymer hydrogel for application in all-solid-state flexible supercapacitor // International J. hydrogen energy. 2019. V. 44. P. 6103–6115.
  5. Zhang Xiaoyu, Shiyuan Yu, Qian Zhu, Lianhua Zhao. Enhanced anhydrous proton conductivity of SPEEK/IL composite membrane embedded with am nofunctionalized mesoporous silica // International J. hydrogen energy.2019. V. 44. P. 6148–6159.
  6. Wang Yuanyuan, Xu Jingmei, Zang Huan, Wang Zhe. Synthesis and properties of sulfonated poly(arylene ether ketone sulfone) containing amino groups/functional titania inorganic particles hybrid membranes for fuel cells // International J. hydrogen energy. 2019. V. 44. P. 6136–6147.
  7. Brijesh K., Bindu K., Shanbhag Dhanush, Nagaraja H.S. Chemically prepared Polypyrrole/ZnWO4 nanocomposite electrodes for electrocatalytic waters plitting // International J. hydrogen energy. 2019. V. 44. № 2. P. 757–767.
  8. Маркова М.В., Могнонов Д.М., Морозова Л.В., Михалева А.И., Трофимов Б.А. Композиционные протонпроводящие мембраны на основе поливинилглицидилового эфира этиленгликоля // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 2014. Т. 56. № 2. С. 216–225.
  9. Roy S., Saha S., Kumar A.G., Ghorai A., Banerjee S. Synthesis and characterization of new sulfonated copolytriazoles and their proton exchange membrane properties // J. applied polymer science. 2020. V. 137. P. 48514.
  10. Сафронова Е.Ю., Паршина А.В., Янкина К.Ю., Рыжкова Е.А., Лысова А.А., Бобрешова О.В., Ярославцев А.Б. Гибридные материалы на основе мембран МФ-4СК и гидратированных оксидов кремния и циркония с функционализированной поверхностью, содержащей сульфогруппы: транспортные свойства и характеристика ПД-сенсоров в растворах аминокислот при различных рН // Мембраны и мембранные технологии. 2017. Т. 7. № 11. С. 110116.
  11. Караванова Ю.А., Пономарев И.И., Стенина И.А., Волкова Ю.А. Исследование ионной проводимости ионообменных мембран на основе сульфированного полинафтилимида, допированных оксидом церия // Мембраны и мембранные технологии. 2018. Т. 8. № 2. С. 102–106.
  12. Prikhno I.A., Safronova E.Y., Ilyin A.B. Hybrid membranes synthesized from a Nafion powder and carbon nanotubes by hot pressing // Petroleum Chemistry. 2017. V. 57. № 13. P. 1228–1232.
  13. Ярошенко Ф.А., Бурмистров В.А. Синтез и исследование протонной проводимости гибридных материалов на основе перфторированных сульфокатионитных мембран МФ-4СК, модифицированных полисурьмяной кислотой // Мембраны и мембранные технологии. 2018. Т. 8. № 4. С. 249–253.
  14. Brijesh K., Bindu K., Dhanush Shanbhag, Nagaraja H.S. Chemically prepared Polypyrrole/ZnWO4 nanocomposite electrodes for electrocatalytic water splitting // International J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44. Issue 2. P. 757–767.
  15. Pan H., Zhang Ya., Pu H., Chang Z. Organic-inorganic hybrid proton exchange membrane based on polyhedral oligomeric silsesquioxanes and sulfonated polyimides containing benzimidazole // J. Sources of energy. 2014. V. 263. P. 195–202.
  16. Lebedeva O.V., Pozhidaev Y.N., Sipkina E.I., Chesnokova A.N., Ivanov N.A. Copolymers and proton conducting films based on N-vinylpyrazole // Advanced Materials Research. 2013. V. 749. P. 71–76.
  17. Лебедева О.В., Сипкина Е.И., Пожидаев Ю.Н. Гибридные мембраны на основе диоксида кремния и сополимеров 2-гидроксиэтилметакрилата с 4-винилпиридином //Мембраны и мембранные технологии. 2016. Т. 6. № 2. С. 138–143.
  18. Emelyanov A.I., Lebedeva O.V., Malakhova E.A., Raskulova T.V., Pozhidaev Y.N., Verkhozina Y.A., Larina L.I., Korzhova S.A., Prozorova G.F., Pozdnyakov A.S. Acid–base membranes for solid polymer fuel cells // Membranes and membrane technologies. 2021. V. 3. № 3. P. 147–154.
  19. Chesnokova A., Lebedeva O.V., Pozhidaev Y.N., Malakhova E.A., Raskulova T.V., Kulshrestha V., Kuzmin A.V., Pozdnyakov A.S. New non-fluoridated hybrid proton exchange membranes based on commercial precursors // International J. hydrogen energy. 2020. V. 45. № 37. P. 18 716–18 730.
  20. Осипов А.К., Прихно И.А., Ярославцев А.Б. Ионный перенос в гибридных мембранах на основе перфторсульфополимеров // Мембраны и мембранные технологии. 2018. Т. 8. № 6. С. 406–410.
  21. Neese F. The ORCA program system // Wiley interdisciplinary Reviews—Computational Molecular Science. 2012. V. 2. P. 73–78.
  22. Becke A.D. Density-functional exchange-energy approximation with correct asymptotic behavior // Phys. Rev. A. 1988. V. 38. P. 3098.
  23. Perdew J.P. Density-functional approximation for the correlation energy of the inhomogeneous electron gas // Phys. Rev. B. 1986. V. 33. P. 8822.
  24. Weigend F., Ahlrichs R. Balanced basis sets of split valence, triple zeta valence and quadruple zeta valence quality for H to Rn: Design and assessment of accuracy // Phys. Chem. Chem. Phys. 2005. V. 7. P. 3297.
  25. Фомина Л.В., Малахова Е.А., Лебедева О.В., Пожидаев Ю.Н., Безносюк С.А., Фомин А.С., Раскулова Т.В. Механизм протонной проводимости ионпроводящих мембран на основе полисилсесквиоксанов // Вестник Ангарского Государственного Технического Университета. 2019. № 13. С. 81–89.
  26. Лебедева О.В., Пожидаев Ю.Н., Шаглаева Н.С., Поздняков А.С., Бочкарева С.С. Полимерные электролиты на основе азотистых оснований // Химическая технология. 2010. Т. 11. № 1. С. 20–25.
  27. Chesnokova A.N., Lebedeva O.V., Pozhidaev Y.N., Iva-nov N.A., Rzhechitskii A.E. Synthesis and properties of composite membranes for polymer electrolyte membrane fuel cells // Advanced Materials Research. 2014. V. 884–885. C. 251–256.
  28. Добрянская Г.И., Зуб Ю.Л., Барчак М., Дабровский А. Синтез и структурно-адсорбционные характеристики бифункциональных ксерогелей, содержащих метильные и 3-меркаптопропильные группы // Коллоидный журн. 2006. Т. 68. № 5. С. 601–611.
  29. Андрианов К.А. Кремнийорганические соединения. М.: Госхимиздат, 1955. 385 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2.

Скачать (45KB)
3.

Скачать (776KB)
4.

Скачать (56KB)
5.

Скачать (42KB)

© О.В. Лебедева, Т.В. Раскулова, С.А. Безносюк, А.В. Рябых, Л.В. Фомина, Е.И. Сипкина, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах