Thermodynamics of Interaction between Poly(perfluorosulfonic acid) Nafion and Water

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The thermodynamics of interaction between poly(perfluorosulfonic acid) Nafion and water is studied by isothermal sorption and microcalorimetry. The concentration dependences of energy and entropy parameters of mixing of Nafion aqueous solutions are determined. It is shown that the Gibbs energy and the enthalpy of mixing are negative while the entropy of mixing is positive over the entire range of solution compositions. The experimental water sorption isotherms and the concentration dependences of the enthalpy of dilution of aqueous solutions are analyzed in terms of the thermodynamic model allowing for pair nonvalence interactions in solution, nonequilibrium glassy structure of the polymer, and effects of the dissociation of ionic sulfo groups of Nafion. The calculated value of the Flory–Huggins parameter is 1.48, and the value of its enthalpy component is close to zero.

About the authors

S. D. Chernyuk

Ural Federal University named after the first President of Russia B. N. Eltsin; Institute of Solid State Chemistry, Urals Branch, Russian Academy of Sciences

Email: univerekb@mail.ru
620020, Yekaterinburg, Russia; 620049, Yekaterinburg, Russia

A. P. Safronov

Ural Federal University named after the first President of Russia B. N. Eltsin; Institute of Electrophysics, Urals Branch, Russian Academy of Sciences

Email: univerekb@mail.ru
620020, Yekaterinburg, Russia; 620016, Yekaterinburg, Russia

L. V. Adamova

Ural Federal University named after the first President of Russia B. N. Eltsin

Email: univerekb@mail.ru
620020, Yekaterinburg, Russia

O. V. Bushkova


Institute of Solid State Chemistry, Urals Branch, Russian Academy of Sciences; Institute of Problems of Chemical Physics, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: univerekb@mail.ru
620049, Yekaterinburg, Russia; 142432, Chernogolovka, Moscow oblast, Russia

References

  1. Kusoglu A., Weber A.Z. // Chem. Rev. 2017. V. 117. № 3. P. 987.
  2. Kim J., Yamasaki K., Ishimoto H., Takata Y. // Polymers. 2020. V. 1. № 3. P. 1730.
  3. Mazzapioda L., Lo Vecchio C., Danyliv O., Baglio V., Martinelli A., Navarra M. A. // Polymers. 2020. V. 12. № 3. P. 2019.
  4. Haubold H.G., Vad T., Jungbluth H., Hiller P. // Electrochim. Acta. 2001. V. 46. № 10. P. 1559–1563.
  5. Yeager H.L., Eisenberg A. // ACS Symp. Ser. Washington: ACS, 1982. V. 180. Ch. 4. P. 41.
  6. Schmidt-Rohr K., Chen Q. // Nature Mater. 2008. V. 7. P. 75.
  7. Ivanova N.A., Spasov D.D., Grigoriev S.A., Fateev V.N. // Polymers. 2022. V. 14. № 20. P. 4395.
  8. Thampan T., Malhotra S., Tang H., Datta R. // J. Electrochem. Soc. 2000. V. 147. № 9. P. 3242.
  9. Morris D.R., Sun X. // J. Appl. Polym. Sci. 1993. V. 50. № 8. P. 1445.
  10. Pineri M., Volino F., Escoubes M. // J. Polym. Sci., Polym. Phys. 1985. V. 23. № 10. P. 2009.
  11. Zawodzinski T.A., Springer T.E., Davey J., Jestel R., Lopez C., Valerio J., Gottesfeld S. // J. Electrochem. Soc. 1993. V. 140. № 7. P. 1981.
  12. Laporta M., Pegoraro M., Zanderighi L. // Polym. Chem. Chem. Phys. 1999. V. 1. № 19. P. 4619.
  13. Zawodzinski T.A., Derouin C., Radzinski S., Sherman R.J., Smith V.T., Springer T.E., Gottesfeld S. // J. Electrochem. Soc. 1993. V. 140. № 4. P. 1041.
  14. James P.J., Elliott J.A., McMaster T.J., Newton J.M., Elliott A.M., Hanna S., Miles M.J. // J. Mater. Sci. 2000. V. 35. № 20. P. 5111.
  15. Hinatsu J.T., Mizuhata M., Takenaka H. // J. Electrochem. Soc. 1994. V. 141. № 6. P. 1493.
  16. Vallieres C., Winkelmann D., Roizard D., Favre E., Scharfer P., Kind M. // J. Membr. Sci. 2006. V. 278. № 1–2. P. 357.
  17. Choi P., Datta R. // ACS Div. Fuel Chem. Prepr. 2003. V. 48. № 1. P. 300.
  18. Weber A.Z., Newman J. // J. Electrochem. Soc. A 2004. V. 151. № 2. P. 311.
  19. Reucroft P.J., Rivin D., Schneider N.S. // Polymer. 2002. V. 43. № 19. P. 5157.
  20. Benoit R.L., Figeys D. // Can. J. Chem. 1991. V. 69. № 12. P. 1985.
  21. Noppel M. // J. Geophys. Res.: Atmospheres. 2000. V. 105. № 15. P. 19779.
  22. Newsham D.M.T., Mendez-Lecanda E.J. // J. Chem. Thermodyn. 1982. V. 14. № 3. P. 291.
  23. Ostrovskii V.E., Gostev B.V. // J. Therm. Anal. 1996. V. 46. № 2. P. 397.
  24. Kusoglu A., Savagatrup S., Clark K.T., Weber A.Z. // Macromolecules. 2012. V. 45. № 18. P. 7467.
  25. Kim M.H., Glinka C.J., Grot S.A., Grot W.G. // Macromolecules. 2006. V. 39. № 14. P. 4775.
  26. Shi S.W., Dursch T.J., Blake C., Mukundan R., Borup R.L., Weber A.Z., Kusoglu A. // J. Polym. Sci., Polym. Phys. 2016. V. 54. № 5. P. 570.
  27. Li J.S., Yang X., Tang H.L., Pan M. // J. Membr. Sci. 2010. V. 361. № 1–2. P. 38.
  28. Safronov A.P., Adamova L.V. // Polymer Science A. 2002. V. 44. № 4. P. 408.
  29. Safronov A.P., Terziyan T.V. // Polymer Science A. 2008. V. 50. № 7. P. 733.
  30. Yeo R.S. // Polymer. 1980. V. 21. № 4. P. 432.
  31. Mourey T.H., Slater L.A., Galipo R.C., Koestner R.J. // J. Chromatogr. A. 2011. V. 1218. № 34. P. 5801.
  32. Чалых А.Е., Герасимов В.К., Чертков В.Г. // Высокомолек. соед. Б. 1994. Т. 36. № 12. С. 2077.
  33. Тагер А.А. Физико-химия полимеров. М.: Рипол Классик, 1978.
  34. Safronov A.P., Adamova L.V., Blokhina A.S., Kamalov I.A., Shabadrov P.A. // Polymer Science A. 2015. V. 57. № 1. P. 33.
  35. Chu D., Tryk D., Gervasio D., Yeager E.B. // J. Electroanal. Chem. 1989. V. 272. № 1–2. P. 277.
  36. Choi P., Jalani N.H., Datta R. // J. Electrochem. Soc. 2005. V. 152. № 3. E123.
  37. Wang D., Cornelius C.J. // J. Polym. Sci., Polym. Phys. 2017. V. 55. № 5. P. 435.
  38. Shinoda K. // J. Phys. Chem. 1977. V. 81. № 13. P. 1300.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (27KB)
3.

Download (61KB)
4.

Download (84KB)
5.

Download (42KB)
6.

Download (75KB)
7.

Download (162KB)

Copyright (c) 2023 С.Д. Чернюк, А.П. Сафронов, Л.В. Адамова, О.В. Бушкова

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».