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高分辨中子衍射在质子交换燃料电池研究中获得突破

作者: 来源: 访问: 时间:2018-9-7

  重点实验室与苏州大学王殳凹课题组进行深入合作,利用高分辨中子衍射谱仪(凤凰)首次完成了质子交换燃料电池材料中氢离子的定位研究工作,确定了质子氢在材料中的传导机制,相关成果2018年5月发表化学综合类国际顶尖专业期刊美国化学会志(Journal of The American Chemical Society, IF:13.86),获得了广泛的认可与高度的评价。

  

  质子导体在燃料电池、氢传感器、氢泵(氢的电化学透过)、水电解制氢、氢的分离提纯、有机电化学加氢或脱氢等方面有着广泛的应用,成为电化学领域工作者研究的热点。质子的半径小,质量轻,具有很高的可动性。与其他离子不同,质子很少以裸质子的形式存在,而是位于其它原子的电子密度中,相对较小的质荷比也使得其在固体中运动常伴随着诸如分子扩散、声子、分子动力学等现象。苏州大学王殳凹课题组开发了一类具有宽温度段的高导电性能的燃料电池材料(NH4)3[Zr(H2/3PO4)3](ZrP)。ZrP是具有质子导电特性的有机多孔框架结构,材料分子中磷酸锆基团形成了一维通道结构,带电粒子可以在通道中自由迁移。由于质子交换膜只能传导质子,因此氢离子(即质子)可直接穿过质子交换膜。需要研究结构中质子氢的环境以及传导状态,而X-射线单晶衍射测试只能测试出晶体的结构信息,并不能很好的得到结构中的质子氢的状态。为解决这一问题,研究人员运用无机氘代技术对电池材料ZrP进行氢氘置换,加强在中子衍射条件下的信号的强度和足够高的信噪比,利用高分辨中子衍射谱仪(凤凰)的测量结果推出结构中质子氢位于骨架中的具体环境和精确位置信息,从而获得材料中质子氢的坐标位置,同时发现 NH4+ 阳离子都是局域的而平衡质子是完全无序的,为深入理解材料结构与质子导电性的关系规律提供重要依据。

  

  

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文章录入:余泳 责任编辑:余泳
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