Получены и исследованы новые протонообменные мембраны на основе смеси поли-1-винил-1,2,4-триазола, фенолдисульфокислоты, 3-пиридинсульфокислоты, функционализированные нанодобавками сульфированного оксида графена и сульфированного нитрида бора. Введение в структуру мембран нанодобавок приводит к росту ионной проводимости
протонообменная мембрана, поли-1-винил-1,2,4-триазол, сульфированный оксид графена, сульфированный нитрид бора
Новым направлением в формировании протонпроводящих мембран является получение на их основе гибридных композитов, содержащих фуллерены, нанотрубки, нановолокна, наночастицы нитрида бора [1]. Добавка малых количеств углеродных наночастиц в полимерные матрицы приводит к значительным изменениям в поведении и свойствах получаемых композитных материалов. В рамках данной работы получены протонпроводящие мембраны на основе смеси поли-1-винил-1,2,4-триазола (ПВТ), фенолдисульфокислоты (ФДСК), 3-пиридинсульфокислоты (ПСК), функционализированные добавками сульфированного оксида графена (ОГС) и сульфированного нитрида бора (НБС).
Строение мембран подтверждали данными ИК спектроскопии. ИК спектры регистрировали на спектрофотометре «Varian 3100 FT-IR». Удельную электропроводность мембран определяли методом импедансной спектроскопии в интервале температур 30-80 °С при относительной влажности 75 % на приборе Z-3000 (ООО «Элинс»). Измерения проводили в частотном диапазоне 500 – 5 кГц.
В ИК-спектрах мембран имеются полосы поглощения, характерные для органической части композита (соответствующие валентным и деформационным колебаниям триазольного кольца, сульфонатных и ароматических фрагментов). Также появляются дополнительные полосы поглощения, в области 2370 см–1, соответствующие гидратированной форме сульфоновой кислоты в ОГС. Для мембран, содержащих НБС, в ИК спектрах имеются характерные широкие полосы поглощения в областях 390, 815 см–1, соответствующие колебаниям связей В–N в звеньях НБС.
Значения удельной электропроводности, водопоглощения и энергии активации функционализированных мембран приведены в таблице.
Таблица 1
Водопоглощение (WU), энергия активации переноса протонов и удельная
электропроводность (s) мембран ПВТ–ФДСК–ОГС (НБС)
|
Мембрана |
n : m* |
WU (80 °С), (%) |
Энергия активации, кДж/моль |
s, мСм/см |
|
ПВТ–ФДСК (10:90) ПВТ–ФДСК–ОГС ПВТ–ФДСК–НБС |
2:1 |
200 86 55 |
19,50 10,52 12,35 |
59,80 321,3 150,5 |
|
ПВТ–ПСК (20:80) ПВТ–ПСК–ОГС ПВТ–ПСК–НБС |
2:1 |
160 60 78 |
16,50 11,50 11,95 |
0,495 62,40 34,80 |
* – массовое соотношение органической части (n) и неорганического компонента (m) в составе мембран
Анализ данных таблицы 1 показывает, что введение в структуру мембраны ОГС и НБС позволяет дополнительно увеличить их ионную проводимость. При этом введение сульфированного оксида графена обеспечивает достижение максимальной проводимости вплоть до 321 мСм/см.
1. Покропивный, В. В. Новые наноформы углерода и нитрида бора / В. В. Покропивный, А. Л. Ивановский // Успехи химии. - 2008. - Т. 77. - № 10. - С. 899-937.
