В работе, опубликованной по своей природе Коммуникации, они демонстрируют, как они синтезировали молекулы клетки размера нанометра, которые могут привыкнуть к расходам на транспорт в приложениях протонной мембраны обмена (PEM).Обменные протоном мембранные топливные элементы (PEMFCs) считаются многообещающей технологией для чистого и эффективного производства электроэнергии в двадцать первом веке.PEMFCs содержат протонную мембрану обмена (PEM), которая несет положительно заряженные протоны от положительного электрода клетки к отрицательной.
Большинство PEMs гидратируется, и обвинение передано через сети воды в мембране.Проектировать лучше материалы PEM, больше потребностей, которые будут известны о том, как структура мембраны позволяет протонам переместиться легко через него. Однако много PEMs сделаны из аморфных полимеров, таким образом, трудно учиться, как протоны проводятся, потому что точная структура не известна.
Ученые из Отдела Университета Химии синтезировали молекулы, которые прилагают внутреннюю впадину, формируя пористую органическую клетку, в которую другие меньшие молекулы могут быть загружены, такие как вода или углекислый газ. Когда клетки формируют твердые материалы, они могут договориться сформировать каналы, в которых маленькие молекулы ‘гостя’ могут поехать от одной клетки до другого.
Материал формирует кристаллы, в которых расположение клеток очень регулярное. Это позволило исследователям строить однозначное описание структуры, используя кристаллографию, техника, которая позволяет положениям атомов быть расположенными.
Молекулы также разрешимы в общих растворителях, что означает, что они могли быть объединены с другими материалами и изготовлены в мембраны.Они измерили протонизирующую проводимость этих пористых органических клеток после погрузки каналов с водой, чтобы оценить их жизнеспособность как материалы PEM.
Клетки показали протонные проводимости до 10-3 S cm1, который сопоставим с некоторыми лучшими пористыми материалами структуры в литературе.В сотрудничестве с исследователями из Эдинбургского университета, Центра Нейтронного Исследования в Национальном институте стандартов и технологий (NIST), и (Оборонная Лаборатория Науки и техники (DSTL), они использовали комбинацию экспериментальных измерений и компьютерных моделирований, чтобы построить богатую картину того, как протоны проводятся молекулами клетки.
Две отличительных особенности протонной проводимости в органических кристаллах клетки были подчеркнуты как принципы разработки для будущих материалов PEM. Во-первых, клетки устроены так, чтобы каналы простирались в трех измерениях. Это означает, что движение протонов не ограничено конкретным направлением, как в случае многих пористых материалов, проверенных до сих пор.Во-вторых, клетки направляют движение молекул воды, что означает, что протоны могут быть переданы между ними быстро.
Кроме того, клетки достаточно гибки, чтобы позволить воде реорганизовывать, который также важен, когда протоны транспортируются от одной молекулы воды до следующего по более долгим расстояниям.Доктор Мин Лю, который привел экспериментальную работу, сказал: «В дополнение к представлению нового класса протонных проводников это исследование подчеркивает принципы разработки, которые могли бы быть расширены на будущие материалы.«Например, ‘мягкое заключение’, которое мы наблюдаем в этих гидратировавших твердых частицах, предлагает новых безводных протонных проводников, где пористый хозяин клетки положения и модулирует протонизирующую проводимость молекул гостя кроме воды.
Это облегчило бы развитие высокой температуры PEMFCs, поскольку водная потеря больше не будет соображением».Ливерпульский Химик, доктор Сэм Чон, добавил: «Работа также дает фундаментальное понимание протонного распространения, которое широко важно в биологии».Доктор Чон был недавно назначен лектором в Materials Innovation Factory (MIF) Университета. Должный открыться в 2017?
68M MIF собирается коренным образом изменить научные исследования химии материалов посредством облегчения открытия новых материалов, у которых есть потенциал, чтобы спасти энергетические и природные ресурсы, улучшить здоровье или преобразовать множество производственных процессов.