Протонная проводимость композиционных материалов на основе полимеров, модифицированных полисурьмяной кислотой

Проведены исследования физико-химических свойств и протонной проводимости полисурьмяной кислоты и гибридных мембран на основе полимеров МФ-4СК, поливинилового спирта (ПВС), содержащих полисурьмяную кислоту (ПСК). При выполнении работы были получены новые протонпроводящие композиционные материалы МФ-4СК-ПСК и ПВС-ПСК. Установлен состав и структура фаз, образующихся при нагревании ПСК (300-1270К). Показано, что протоны удерживаются в структуре ПСК вплоть до 670 К, а удаление кислорода начинается выше 770 К. Термические исследования мембран МФ-4СК+ПСК позволили установить количество введённой ПСК и показали, что в мембранах увеличивается влагосодержание по сравнению с исходными мембранами МФ-4СК. Установлены зависимости диэлектрической релаксации и протонной проводимости ПСК и полученных мембран от температуры и относительной влажности воздуха. Показано, что в ПСК в интервале температур 220 - 480 К происходят диэлектрические потери, связанные с транспортом протонов. Показано, что введение частиц ПСК в органическую матрицу приводит к росту протонной проводимости и снижению энергии активации протонной проводимости. Для мембран ПВС+ПСК энергия активации уменьшается с 70 кДж/моль (ПВС) до 37 кДж/моль (80% ПВС + 20% ПСК), что связано с увеличением концентрации носителей заряда и с образованием новых путей транспорта протонов. Установлено, что при относительной влажности 10% протонная проводимость модифицированной мембраны МФ-4СК+ПСК более чем на порядок превышает проводимость исходной мембраны МФ-4СК. Показано, что модификация мембран МФ-4СК частицами ПСК приводит к снижению энергии активации с 16 кДж/моль до 12 кДж/моль, что обусловлено увеличением влагосодержания и появлением дополнительных протонов, содержащихся в ПСК. Установлен механизм протонного транспорта в ПСК и композиционных мембранах МФ-4СК+ПСК и ПВС+ПСК. Полученные композиционные мембраны МФ-4СК+ПСК могут быть рекомендованы в качестве протонпроводящей мембраны для создания электрохимических устройств.