Structural Features of 4-VP-HEMA-SiO 2  Hybrid Membranes and Their Proton Conductivity

O. V. Lebedeva; Лебедева О. В.; T. V. Raskulova; Раскулова Т. В.; S. A. Beznosyuk; Безносюк С. А.; A. V. Ryabykh; Рябых А. В.; L. V. Fomina; Фомина Л. В.; E. I. Sipkina; Сипкина Е. И.

doi:10.31857/S2218117223020049

Особенности строения гибридных мембран 4-ВП-ГЭМА-SiO₂ и их протонная проводимость

Авторы: Лебедева О.В.¹, Раскулова Т.В.², Безносюк С.А.³, Рябых А.В.³, Фомина Л.В.², Сипкина Е.И.¹
Учреждения:
1. Иркутский национальный исследовательский технический университет
2. Ангарский государственный технический университет
3. Алтайский государственный университет
Выпуск: Том 13, № 2 (2023)
Страницы: 110-116
Раздел: Статьи
URL: https://cardiosomatics.ru/2218-1172/article/view/674357
DOI: https://doi.org/10.31857/S2218117223020049
EDN: https://elibrary.ru/HYVVXZ
ID: 674357

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Методом золь–гель синтеза сформированы гибридные органо-неорганические мембраны на основе тетраэтоксисилана и допированных ортофосфорной кислотой сополимеров 4-винилпиридина (4-ВП) и 2‑гидроксиэтилметакрилата (ГЭМА). Мембраны отличаются высокими значениями обменной емкости и протонной проводимости. Увеличение протонной проводимости гибридных органо-неорганических мембран по сравнению с исходным сополимером можно связать с генерацией кристаллизационной воды при формировании фрагмента диоксида кремния, что следует из квантово-химического моделирования локальной структуры мембраны, включающей органическую часть из продукта сополимеризации 4-ВП с ГЭМА (44 атома) и неорганическую часть из 27 атомов, повторяющую структуру блока диоксида кремния.

Ключевые слова

гибридные органо-неорганические мембраны, протонная проводимость, квантово-химическое моделирование

Список литературы

Honma J., Nakayama H., Nishikawa O., Sugimoto T., Nomura S. Organic/inorganic nano-composites for high temperature proton conducting polymer electrolytes // Solid State Ionics. 2003. V. 162–163. P. 237.
Ярославцев А.Б. Основные направления разработки и исследования твердых электролитов // Успехи химии. 2016. Т. 85. № 11. С. 1255–1277.
Ivanov V.S., Yegorov A.S., Allakhverdov G.R., Men’shikov V.V. Synthesis and investigation of polyimide-based proton-exchange membranes containing polysiloxane and crow nether moiety // Oriental J. Chemistry. 2018. V. 34. № 1. P. 255–264.
Guizhen Guo, Sun Youyi, Fu Qiang, MaYibing, Zhou Yaya, Xiong Zhiyuan, Liu Yaqing. Sol-gel synthesis of ternary conducting polymer hydrogel for application in all-solid-state flexible supercapacitor // International J. hydrogen energy. 2019. V. 44. P. 6103–6115.
Zhang Xiaoyu, Shiyuan Yu, Qian Zhu, Lianhua Zhao. Enhanced anhydrous proton conductivity of SPEEK/IL composite membrane embedded with am nofunctionalized mesoporous silica // International J. hydrogen energy.2019. V. 44. P. 6148–6159.
Wang Yuanyuan, Xu Jingmei, Zang Huan, Wang Zhe. Synthesis and properties of sulfonated poly(arylene ether ketone sulfone) containing amino groups/functional titania inorganic particles hybrid membranes for fuel cells // International J. hydrogen energy. 2019. V. 44. P. 6136–6147.
Brijesh K., Bindu K., Shanbhag Dhanush, Nagaraja H.S. Chemically prepared Polypyrrole/ZnWO4 nanocomposite electrodes for electrocatalytic waters plitting // International J. hydrogen energy. 2019. V. 44. № 2. P. 757–767.
Маркова М.В., Могнонов Д.М., Морозова Л.В., Михалева А.И., Трофимов Б.А. Композиционные протонпроводящие мембраны на основе поливинилглицидилового эфира этиленгликоля // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 2014. Т. 56. № 2. С. 216–225.
Roy S., Saha S., Kumar A.G., Ghorai A., Banerjee S. Synthesis and characterization of new sulfonated copolytriazoles and their proton exchange membrane properties // J. applied polymer science. 2020. V. 137. P. 48514.
Сафронова Е.Ю., Паршина А.В., Янкина К.Ю., Рыжкова Е.А., Лысова А.А., Бобрешова О.В., Ярославцев А.Б. Гибридные материалы на основе мембран МФ-4СК и гидратированных оксидов кремния и циркония с функционализированной поверхностью, содержащей сульфогруппы: транспортные свойства и характеристика ПД-сенсоров в растворах аминокислот при различных рН // Мембраны и мембранные технологии. 2017. Т. 7. № 11. С. 110116.
Караванова Ю.А., Пономарев И.И., Стенина И.А., Волкова Ю.А. Исследование ионной проводимости ионообменных мембран на основе сульфированного полинафтилимида, допированных оксидом церия // Мембраны и мембранные технологии. 2018. Т. 8. № 2. С. 102–106.
Prikhno I.A., Safronova E.Y., Ilyin A.B. Hybrid membranes synthesized from a Nafion powder and carbon nanotubes by hot pressing // Petroleum Chemistry. 2017. V. 57. № 13. P. 1228–1232.
Ярошенко Ф.А., Бурмистров В.А. Синтез и исследование протонной проводимости гибридных материалов на основе перфторированных сульфокатионитных мембран МФ-4СК, модифицированных полисурьмяной кислотой // Мембраны и мембранные технологии. 2018. Т. 8. № 4. С. 249–253.
Brijesh K., Bindu K., Dhanush Shanbhag, Nagaraja H.S. Chemically prepared Polypyrrole/ZnWO4 nanocomposite electrodes for electrocatalytic water splitting // International J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44. Issue 2. P. 757–767.
Pan H., Zhang Ya., Pu H., Chang Z. Organic-inorganic hybrid proton exchange membrane based on polyhedral oligomeric silsesquioxanes and sulfonated polyimides containing benzimidazole // J. Sources of energy. 2014. V. 263. P. 195–202.
Lebedeva O.V., Pozhidaev Y.N., Sipkina E.I., Chesnokova A.N., Ivanov N.A. Copolymers and proton conducting films based on N-vinylpyrazole // Advanced Materials Research. 2013. V. 749. P. 71–76.
Лебедева О.В., Сипкина Е.И., Пожидаев Ю.Н. Гибридные мембраны на основе диоксида кремния и сополимеров 2-гидроксиэтилметакрилата с 4-винилпиридином //Мембраны и мембранные технологии. 2016. Т. 6. № 2. С. 138–143.
Emelyanov A.I., Lebedeva O.V., Malakhova E.A., Raskulova T.V., Pozhidaev Y.N., Verkhozina Y.A., Larina L.I., Korzhova S.A., Prozorova G.F., Pozdnyakov A.S. Acid–base membranes for solid polymer fuel cells // Membranes and membrane technologies. 2021. V. 3. № 3. P. 147–154.
Chesnokova A., Lebedeva O.V., Pozhidaev Y.N., Malakhova E.A., Raskulova T.V., Kulshrestha V., Kuzmin A.V., Pozdnyakov A.S. New non-fluoridated hybrid proton exchange membranes based on commercial precursors // International J. hydrogen energy. 2020. V. 45. № 37. P. 18 716–18 730.
Осипов А.К., Прихно И.А., Ярославцев А.Б. Ионный перенос в гибридных мембранах на основе перфторсульфополимеров // Мембраны и мембранные технологии. 2018. Т. 8. № 6. С. 406–410.
Neese F. The ORCA program system // Wiley interdisciplinary Reviews—Computational Molecular Science. 2012. V. 2. P. 73–78.
Becke A.D. Density-functional exchange-energy approximation with correct asymptotic behavior // Phys. Rev. A. 1988. V. 38. P. 3098.
Perdew J.P. Density-functional approximation for the correlation energy of the inhomogeneous electron gas // Phys. Rev. B. 1986. V. 33. P. 8822.
Weigend F., Ahlrichs R. Balanced basis sets of split valence, triple zeta valence and quadruple zeta valence quality for H to Rn: Design and assessment of accuracy // Phys. Chem. Chem. Phys. 2005. V. 7. P. 3297.
Фомина Л.В., Малахова Е.А., Лебедева О.В., Пожидаев Ю.Н., Безносюк С.А., Фомин А.С., Раскулова Т.В. Механизм протонной проводимости ионпроводящих мембран на основе полисилсесквиоксанов // Вестник Ангарского Государственного Технического Университета. 2019. № 13. С. 81–89.
Лебедева О.В., Пожидаев Ю.Н., Шаглаева Н.С., Поздняков А.С., Бочкарева С.С. Полимерные электролиты на основе азотистых оснований // Химическая технология. 2010. Т. 11. № 1. С. 20–25.
Chesnokova A.N., Lebedeva O.V., Pozhidaev Y.N., Iva-nov N.A., Rzhechitskii A.E. Synthesis and properties of composite membranes for polymer electrolyte membrane fuel cells // Advanced Materials Research. 2014. V. 884–885. C. 251–256.
Добрянская Г.И., Зуб Ю.Л., Барчак М., Дабровский А. Синтез и структурно-адсорбционные характеристики бифункциональных ксерогелей, содержащих метильные и 3-меркаптопропильные группы // Коллоидный журн. 2006. Т. 68. № 5. С. 601–611.
Андрианов К.А. Кремнийорганические соединения. М.: Госхимиздат, 1955. 385 с.