Энтальпия взаимодействия литированной мембраны Nafion с водными растворами спиртов и полярными апротонными растворителями

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Исследована степень набухания литиевой формы полиперфторсульфоновой мембраны Nafion в спиртах (этанол, 2-пропанол), водно-спиртовых смесях и в высокополярных апротонных растворителях (N, N-диметилформамид (ДМФА), N-метил-2-пирролидон (НМП)), а также термодинамика взаимодействия мембраны с растворителями методом микрокалориметрии. Показано, что значения равновесной степени набухания мембраны коррелируют с донорным числом растворителя, а также со значениями энтальпии набухания полимера. Энтальпия набухания мембраны во всех исследованных растворителях отрицательна, что указывает на сольватацию полимера. Более подробно изучены концентрационные зависимости энтальпии набухания и смешения в ДМФА и НМП. Отрицательные значения энтальпии набухания полимера во всем концентрационном диапазоне растворителей указывают на хорошую термодинамическую совместимость мембраны с растворителем и преимущество применения данных растворителей для получения дисперсий Nafion за счет их высокого сольватирующего действия.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. Д. Чернюк

Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина; Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: univerekb@mail.ru
Россия, Екатеринбург, пр. Мира, 19, 620020; Екатеринбург, ул. Первомайская, 91, 620049

А. П. Сафронов

Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина; Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук

Email: univerekb@mail.ru
Россия, Екатеринбург, пр. Мира, 19, 620020; Екатеринбург, ул. Амундсена, 106, 620016

О. В. Бушкова

Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук

Email: univerekb@mail.ru
Россия, Екатеринбург, ул. Первомайская, 91, 620049

Список литературы

  1. Pivovar B.S. // Polymer. 2006. V. 47. № 11. P. 4194.
  2. Kim Y.S., Lee K.S. // Polym. Rev. 2015. V. 55. № 2. P. 330.
  3. Mathias M.F., Makharia R., Gasteiger H.A., et al. // Electrochem. Soc. Interface. 2005. V. 14. № 3. P. 24.
  4. Ng W.W., Thiam H.S., Pang Y.L., Chong K.C., Lai S.O. // Membranes. 2022. V. 12. № 5. P. 506.
  5. Tucker M.C., Cho K.T., Spingler F.B., Weber A.Z., Lin G.Y. // J. Power Sources. 2015. V. 284. P. 212.
  6. Weber A.Z., Mench M.M., Meyers J.P., Ross P.N., Gostick J.T., Liu Q.H. // J. Appl. Electrochem. 2011. V. 41. № 10. P.1137.
  7. Perry M. L., Weber A.Z. // J. Electrochem. Soc. 2016. V. 163. № 1. P. 5064.
  8. Chan C.K., Lai C.Y., Wang C.C. // Catalysts. 2021. V. 11. № 8. P. 877.
  9. Harmer M.A., Sun Q. // Applied Catalysis A: General. 2001. V. 221. № 1-2. P. 45.
  10. Xie T. // Nature. 2010. V. 464. № 7286. P.267.
  11. Zhang F., Zhang Z., Liu Y., Leng J. // Fibers and Polymers. 2014. V. 15. P.534.
  12. Guo J.H., Sun W.Y. // Applied Catalysis B: Environmental. 2020. V. 275. P. 119154.
  13. Millet P. Handbook of Membrane Reactors. Woodhead Publishing, 2013. pp. 384-415.
  14. Mohammadi F., Rabiee A. // J. Appl. Polym. Sci. 2011. V. 120. № 6. P. 3469.
  15. Carvela M., Lobato J., Rodrigo M.A. // Electrochim. Acta. 2021. V. 387. P. 138542.
  16. Kayumov R.R., Shmygleva L.V., Evshchik E.Y., Sanginov E.A., Popov N.A., Bushkova, O.V., Dobrovolsky Y.A. // Russ. J. Electrochem. 2021. V. 57. P. 911.
  17. Istomina A.S., Yaroslavtseva T.V., Reznitskikh O.G., Kayumov R.R., Shmygleva L.V., Sanginov E.A., Bushkova O.V. // Polymers. 2021. V. 13. № 7. P. 1150.
  18. Oh K., Kwon O., Son B., Lee D.H., Shanmugam S. // J. Membr. Sc. 2019. V. 583. P.103.
  19. Adjemian K.T., Srinivasan S., Benziger J., Bocarsly A.B. // J. Power Sources. 2002. V. 109. № 2. P. 356.
  20. Santiago E.I., Isidoro R.A., Dresch M.A., Matos B.R., Linardi M., Fonseca F.C. // Electrochim. Acta. 2009. V. 54. № 16. P. 4111.
  21. Choi J., Yeon J.H., Yook S.H., Shin S., Kim J.Y., Choi M., Jang S. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2021. V. 13. № 1. P. 806.
  22. Sasikumar G., Ihm J.W., Ryu H. // Electrochim. Acta. 2004. V. 50. № 2-3. P. 601.
  23. Evshchik E.Y., Sanginov E.A., Kayumov R.R., Zhuravlev V.D., Bushkova O.V., Dobrovolsky Y.A. // Int. J. Electrochem. Sci. 2020. V. 15. № 3. P. 2216.
  24. Wang H., Qin N., Li Y., Li Z., Zhang F., Luo W., Cheng H. // Carbon. 2023. V. 205. P. 435.
  25. Walle K.Z., Wu Y.S., Wu S.H., Chang J.K., Jose R., Yang C.C. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2022. V. 14. № 13. P. 15259.
  26. Garsuch R.R., Le D.B., Garsuch A., Li J., Wang S., Farooq A., Dahn J.R. // J. Electrochem. Soc. 2008. V. 155. № 10. P. 721.
  27. Xu J., Zhang Q., Cheng Y.T. // J. Electrochem. Soc. 2015. V. 163. № 3. P. 401.
  28. Li Z., Zhang Y., Liu T., Gao X., Li S., Ling M., Lin Z. // Adv. Energy Mater. 2020. V. 10. № 20. P. 1903110.
  29. Tang Q., Shan Z., Wang L., Qin X., Zhu K., Tian J., Liu X. // J. Power Sources. 2014. V. 246. P. 253.
  30. Gao J., Sun C., Xu L., Chen J., Wang C., Guo D., Chen H. // J. Power Sources. 2018. V. 382. P.179.
  31. Li G., Cai W., Liu B., Li Z. // Journal of Power Sources. 2015. V. 294. P. 187.
  32. Li Z., Hou L.P., Zhang X.Q., Li B.Q., Huang J.Q., Chen C.M., Zhang Q. // Battery Energy. 2022. V. 1. № 3. P. 20220006.
  33. Huang B., Hua H., Lai P., Shen X., Li R., He Z., Zhao J. // ChemElectroChem. 2022. V. 9. № 14. P. e202200416.
  34. Berlinger S.A., Dudenas P.J., Bird A., Chen X., Freychet G., McCloskey B.D., Weber A. Z. // ACS Appl. Polym. Mater. 2020. V. 2. № 12. P. 5824.
  35. Welch C., Labouriau A., Hjelm R., Orler B., Johnston C., Kim Y.S. // ACS Macro Letters. 2012. V. 1. № 12. P. 1403.
  36. Safronova E.Y., Voropaeva D.Y., Safronov D.V., Stretton N., Parshina A.V., Yaroslavtsev A.B. // Membranes. 2022. V. 13. № 1. P. 13.
  37. Yeo R.S. // Polymer. 1980. V. 21. № 4. P. 432.
  38. Gebel G., Aldebert P., Pineri M. // Polymer. 1993. V. 34. № 2. P. 333.
  39. Doyle M., Lewittes M.E., Roelofs M.G., Perusich S.A., Lowrey R.E. // J. Membr. Sci. 2001. V. 184. № 2. P. 257.
  40. Mauritz K.A., Moore R.B. // Chem. Rev. 2004. V. 104. № 10. P. 4535.
  41. Choi S., Parameswaran S., Choi J.H. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2020. V. 22. № 30. P. 17181.
  42. Wakisaka A., Ohki T. // Faraday Discuss. 2005. V. 129. P. 231.
  43. Chernyuk S.D., Safronov A.P., Adamova L.V., Bushkova O.V. // Polymer Science, Series A. 2023. V. 65. № 2. P. 119.
  44. Тагер А.А. Физикохимия полимеров. Издание 4-е. М.: Научный мир, 2007. 576 с.
  45. Сафронов А.П., Тагер А.А. // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 1991. Т. 33. № 10. С. 2198.
  46. Kusoglu A., Weber A.Z. // Chem. Rev. 2017. V. 117. № 3. P. 987.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимость степени набухания (а) и энтальпии набухания (б) от значений донорного числа растворителей.

Скачать (104KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Степень набухания образцов Li-Nafion в водных растворах этанола и 2-пропанола различной концентрации при 25°С.

Скачать (141KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Энтальпия набухания сухих образцов Li-Nafion в водных растворах этанола и 2-пропанола различной концентрации при 25°С.

Скачать (130KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Энтальпия набухания частично набухших образцов Li-Nafion при 25°С в ДМФА и НМП.

Скачать (89KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Концентрационная зависимость энтальпии смешения Li-Nafion c ДМФА и НМП при 25°С.

Скачать (96KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024