Протонный проводник

A протонный проводник представляет собой электролит, обычно твердое тело электролит, в котором H являются первичными носителями заряда.

Кислотные растворы проявляют протонную проводимость, тогда как чистые протонные проводники обычно представляют собой сухие твердые вещества. Типичные материалы - полимеры или керамика. Обычно поры в практических материалах имеют небольшие размеры, так что протоны преобладают постоянный ток, и предотвращается перенос катионов или объемного растворителя. Водяной лед - распространенный пример чистого протонного проводника, хотя и относительно плохой. Было показано, что особая форма водяного льда, суперионная вода, проводит гораздо более эффективно, чем обычный водный лед.

Твердофазная протонная проводимость была впервые предложена Альфредом Рене Джин. Пол Уббелоде и С.Е. Роджерс. в 1950 году, хотя токи протонов электролита были признаны с 1806 года.

Протонная проводимость также наблюдалась в новом типе протонных проводников для топливных элементов - протонных органических ионных пластиковых кристаллах (POIPC), такие как перфторбутансульфонат 1,2,4-триазолия и метансульфонат имидазолия. В частности, высокая ионная проводимость 10 мСм / см достигается при 185 ° C в пластической фазе метансульфоната имидазолия.

В форме тонких мембран протонные проводники являются важной частью небольших недорогих топливных элементов. Полимер нафион является типичным проводником протонов в топливных элементах. Желеобразное вещество, подобное нафиону, находящееся в ампулах Лоренцини акул, имеет протонную проводимость лишь немного ниже, чем нафион.

Сообщается о высокой протонной проводимости среди цератов щелочноземельных металлов и перовскитные материалы на основе цирконата, такие как SrCeO 3, легированный акцептором, BaCeO 3 и BaZrO 3. Относительно высокая протонная проводимость была также обнаружена в орто-ниобатах и ​​ортотанталатах редкоземельных элементов, а также в вольфраматах редкоземельных элементов.

1. ^Традиционно, но не точно, ионы H обозначаются как "протонов ".
2. ^Рамеш Суввада (1996). «Лекция 12: Протонная проводимость, стехиометрия». Иллинойсский университет в Урбане-Шампейн. Проверено 6 декабря 2009 г.
3. ^Сугимура, Эмико; Комабаяси, Тэцуя; Охта, Кенджи; Хиросе, Кей; Охиси, Ясуо; Дубровинский, Леонид С. (21.11.2012). «Экспериментальные доказательства суперионной проводимости во льду H 2 O». Журнал химической физики. 137 (19): 194505. Bibcode : 2012JChPh.137s4505S. doi : 10.1063 / 1.4766816. ISSN 0021-9606. PMID 23181324.
4. ^S. Э. Роджерс и А. Р. Уббелоде (1950). «Плавление и кристаллическая структура III: легкоплавкие кислые сульфаты». Труды Общества Фарадея. 46: 1051–1061. doi : 10.1039 / tf9504601051.
5. ^Цзяншуй Луо; Аннеметта Х. Йенсен; Нил Р. Брукс; Йерун Сникерс; Мартин Книппер; Дэвид Айли; Цинфэн Ли; Брэм Ванрой; Михаэль Вуббенхорст; Фэн Янь; Люк Ван Меервельт; Чжиган Шао; Цзяньхуа Фанг; Чжэн-Хун Ло; Дирк Э. Де Вос; Коэн Биннеманс; Ян Франсаер (2015). «Перфторбутансульфонат 1,2,4-триазолия в качестве типичного чистого протонного органического ионного пластического кристаллического электролита для полностью твердотельных топливных элементов». Энергетика и экология. 8(4): 1276. doi : 10.1039 / C4EE02280G.
6. ^Цзяншуй Луо, Олаф Конрад и Иво Ф. Дж. Ванкелеком (2013). «Метансульфонат имидазолия как высокотемпературный протонный проводник». Journal of Materials Chemistry A. 1(6): 2238. doi : 10.1039 / C2TA00713D.
7. ^https://www.washingtonpost.com/news/speaking-of- наука / wp / 2016/05/16 / акулы-органы-зонд-электричество-даже-более-мощные-чем-мы-представляли /
8. ^Эрик Э. Джосбергер; Пегах Хассанзаде; Инсинь Дэн; Джоэл Сон; Майкл Дж. Рего; Крис Т. Амемия и Марко Роланди (2016). «Протонная проводимость в ампулах желе Лоренцини». Успехи науки. 2(5): 1–6. Bibcode : 2016SciA.... 2E0112J. doi : 10.1126 / sciadv.1600112. PMC 4928922. PMID 27386543.
9. ^К. Д. Кройер (2003). «Протонпроводящие оксиды». Ежегодный обзор исследований материалов. 33: 333–359. Bibcode : 2003AnRMS..33..333K. doi :10.1146/annurev.matsci.33.022802.091825.

.