مقالة منهجية

قياس توصيل البروتون في أغشية المصفوفة المختلطة المعتمدة على MOF بواسطة مطيافية المقاومة الكهروكيميائية

207 مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/71248

⸱

يونيو 16, 2026

 ,  ,  , 
1Institut des Matériaux Poreux de Paris, ESPCI Paris, École Normale Supérieure, CNRS, PSL University

في هذه المقالة

ملخص

يصف هذا البروتوكول منهجية قابلة للتكرار لتصنيع أغشية مصفوفة مختلطة من المعدن العضوي المستدام وقياس دقيق لموصلية البروتونات في المستوى تحت درجات حرارة ورطوبة متغيرة باستخدام مطيافية المقاومة الكهروكيميائية، والتي يمكن أن تكون مفيدة لخلايا وقود غشاء تبادل البروتونات (PEMFCs).

الملخص

يصف هذا البروتوكول طريقة قابلة للتكرار لقياس توصيل البروتونات داخل المستوى لإطار المعدن العضوي (MOF)/الأغشية المختلطة البوليمرية (MMMs) من خلال مطيافية المقاومة الكهروكيميائية (EIS) تحت ظروف درجة حرارة ورطوبة مضبوطة. تم تصنيع الميكروبات المغناطيسية باستخدام طريقة صب المحلول باستخدام البوليمر غير المؤلور القابل للمعالجة بالماء، البولي (كحول الفينيل) (PVA) وMOF MIP-207-SO3H الموصل للبروتون. يتم تفصيل تخليق MIP-207-SO3H، يليه تصنيع الغشاء، وتجميع خلايا قياس التوصيلية داخل المستوى، واكتساب مقاومة الغشاء من خلال EIS. يتيح ذلك اكتساب وتحديد مقاومة الغشاء بدقة، وتحديد توصيل البروتونات، وطاقة التفعيل. تظهر النتائج التمثيلية أن أغشية MIP-207-SO3التي تحتوي على H تظهر توصيلية بروتونية محسنة تحت ظروف الاختبار مقارنة بالغشاء بدون دمج MOF.

المقدمة

العالم يتحول من توليد الوقود الأحفوري، المحدود والضار بيئيا، نحو مصادر الطاقة منخفضة الكربون والمتجددة 1,2. في هذا الانتقال، تم اقتراح الانتقال من اقتصاد قائم على الهيدروكربونات إلى اقتصاد الهيدروجين لتلبية الطلبات المستدامة للطاقة عبر قطاعات النقل والخدمات المنزلية والتجارية، مع توفير خلايا الوقود لتحويل الهيدروجين إلى كهرباء 1,2,3. من بين تقنيات خلايا الوقود المختلفة، تعتبر خلايا وقود غشاء تبادل البروتونات (PEMFCs) جذابة بشكل خاص بسبب كثافة الطاقة العالية وقدرتها على التشغيل والإيقاف السريع، مما يجعلها جذابة بشكل خاص لكل من تطبيقات الطاقة الموزعة والحركة، حيث يكون الماء فقط ناتج ثانوي 1,2,3,4,5 . في هذا العمل، نقدم طريقة قابلة للتكرار لتصنيع أغشية مصفوفة مختلطة من MOF/بوليمر مستدامة وقياس توصيلية البروتونات في المستوى بدقة تحت درجة حرارة ورطوبة محكومة بذلك.

قلب PEMFC هو غشاء البوليمر الإلكتروليت (PEM)، الذي يضمن نقل البروتونات من الأنود إلى الكاثود6. يحدث نقل البروتونات إما عبر آلية مركبة، حيث تنتشر أنواع البروتونات المائية مع تجمعات الماء أو الماء، أو آلية قفز (جروثوس)، حيث تقفز البروتونات عبر شبكة الروابط الهيدروجينية 6,7. نافيون، وهو أيونومر حمض الكبريتونيك البيرفلوري (PFSA) يتميز بعمود فقري مفلور وسلاسل جانبية من الإيثر البرفلوري معلقة تنتهي بمجموعات حمض السلفونيك (–SO3H)، ولا يزال المعيار التجاريPEM 8. على الرغم من توصيلية البروتونات الممتازة (10-2-10-1 S·cm-1) عند 70–80 درجة مئوية والرطوبة النسبية (RH) التي تتراوح بين 95–100٪، إلا أن نافيون يظهر انخفاضا واضحا في الموصلية عندما تنحرف درجة الحرارة والرطوبة عن هذه الظروف، مما يحد من الأداء تحت درجات حرارة نسبية منخفضة و/أو درجة حرارة تشغيل عالية 8,9. بالإضافة إلى ذلك، حفزت قيود أخرى مثل تقاطع الغاز، وارتفاع تكلفة التصنيع، والمخاوف البيئية / السمية المتعلقة بمواد البوليفلور ألكيل (PFAS) أثناء تصنيع واستخدام الغشاء إلى تطوير أنظمة PEM بديلة وأكثر استدامة توفر نقل بروتونات قوي إلى جانب تحسين التوافق البيئي وتقليل التكلفة 7,9.

من بين المواد البديلة لهذا التطبيق، تبدو أطر المعادن العضوية (MOFs) مرشحة واعدة. هذه هي المواد الصلبة البلورية المسامية، تتكون من عقد معدنية (أيونات/عناقيد أو سلاسل...) وروابط عضوية (كربوكسيلات، أزولات، فوسفونات...)، مما يوفر مرونة كيميائية وهيكلية استثنائية تسمح باستهداف خصائص محددة. تم استكشاف توصيلية البروتونات في MOFs خلال العقدين الماضيين 10,11,12، ويمكن استخدام طرق مختلفة لتعزيز توصيل البروتونات، بما في ذلك وظيفة الروابط أو العناقيد غير العضوي، ودمج/تغريب المعاددات الحمضية، ومكافحة العيوب. أدت هذه الاستراتيجيات إلى تطوير موصليات MOF ذات موصلية بروتونية محسنة، في بعض الحالات مماثلة أو تتجاوز نافيون13، 14، 15، 16، 17. قام بونوماريفا وآخرون بتلقيح MIL-101(Cr) المتوسط المسامية (MIL يشير إلى Matériaux de l'Institut Lavoisier) بأحماض قوية غير متطايرة (الماء H2SO4 أو H3PO4)، ثم أزالوا السائل الزائد وجففوا لتشكيل H2SO4@MIL-101 و H3PO4@MIL-101، مما أدى فعليا إلى حصر الحمض المركز داخل الأقفاص كمصادر بروتونية إضافية. وفر طور الحمض/الماء المحصور نقل بروتونات يشبه غروتوس مستقرا بواسطة حصر الشعيرات الدموية، مما أتاح توصيلا بدرجات حرارة عالية تحت رطوبة منخفضة جدا (حتى 1 × 10-2 S·cm-1 عند 150 °م، 1.1٪ رطوبة نسبية). قام تايلور وآخرون بضبط UiO-66 (يشير UiO إلى جامعة أوسلو) ليصبح موصل بروتونات أفضل من خلال التحكم في العيوب. تحكموا في عيوب الرابط المفقود/غير الجسر أثناء التخليق عن طريق تعديل نسب المعدن/الرابط ومعدل أحماض أحادي الكربوكسيليك، الذي يولد مواقع الزركونيوم (Zr) حمض لويس ويزيد من حجم المسام ومحبتها للماء. هذه المواقع العيوبية رفعت تركيز حاملات البروتونات، والأهم من ذلك أن شبكة المسامات المتضخمة تعزز نقل البروتونات داخل شبكة الروابط الهيدروجينية المائية، مما يمنح زيادة في التوصيل بحوالي 3 درجات من الدرجة تصل إلى 6.93 × 10-3 S·cm-1 عند 65 °م ونسبة نسبية 95٪.

مؤخرا، طورت مجموعتنا بنجاح عدة منافذ MOF موصلة بالبروتونات في ظروف خضراء (باستخدام الماء والمذيبات أو المواد المتفاعلة غير السامة)، وتظهر توصيلية عالية الحجم، مثل MIP-202(Zr)، MIP-177-SO4H، وMIP-207-SO3H(Ti) (يشير MIP إلى مواد معهد المواد المسامية من باريس)14,18,19. MIP-202(Zr) هو حمض أميني دقيق المسامي (حمض الأسبارتيك) قائم على Zr-MOF، يدمج أزواج NH₃⁺/Cl⁻، مما يمنح هذا ال MOF طابعا زفيتيريونية. مجموعات برونستيد-الحمضية –NH 3+، مع مواقع μ₃-OH في عنقود Zr-oxocluster وشبكة المياه في المسام، تتيح توصيلية بروتونية عالية تبلغ 1.1 × 10⁻2 S·cm-1 عند 90°C ونسبة نسبية 95٪. ومن الأنواع الأخرى المثيرة للاهتمام أن MIP-207-SO3H، وذلك بسبب بنيته فائقة المسامية ذات الطبقات الثنائية الأبعاد، حيث يتم استبدال روابط الرابط 1,3,5-بنزين تريكربوكسيليك (BTC) جزئيا بحمض 5-SO3H-إيزوفثاليك (SO3H-IPA)، مما يدخل مواقع حمض برونستد المواجهة للمسام -SO3H مع الاحتفاظ بنفس طوبولوجيا الإطار مثل MIP-207(Ti) غير المستبدل. تعمل مجموعات -SO3H، مع مجموعات -CO2H المتبقية، كمانحين للبروتونات، ومع الماء الممتز، تشكل شبكة روابط H مستمرة تمكن النقل من نوع غروثوس، مما يؤدي إلى توصيل بروتوني 2.6 × 10-2 S·cm-1 عند 90 °م ونسبة رطوبة نسبية 95٪ لدرجة استبدال جزئي 28٪ 14.

على الرغم من أن العديد من MOFs تظهر توصيلا جوهريا ممتازا للبروتونات، إلا أنها عادة ما تحصل عليها كمساحيق دقيقة بلورية هشة، لذا فإن مسطحات الكتلة MOF PEM تتصرف كطبقة جسيمات مضغوطة بدلا من فيلم كثيف ومستمر مثل نافيون. تحت ضغط تثبيت مجموعة قطب الغشاء (MEA) وتكرار الترطيب/الجفاف، يمكن أن تفتح حدود الجسيمات والجسيمات إلى فراغات دقيقة أو شقوق، مما يخلق مسارات غير انتقائية تزيد من عبور غازات المتفاعلات بدلا من إجبار النقلعبر شبكة توصيل البروتونات المقصودة. لهذا السبب، عادة ما تكون الجسيمات النانوية في MOFs تشكل أو تدمج في مصفوفة بوليمر21. على الرغم من وجود العديد من الأمثلة مع نافيون أو بوليمرات أخرى شائعة مثل SPEEK، إلا أن البوليمرات الحيوية مثل الكيتوزان، الألجينات، النانوسيلولوز أو اللجنين تخضع حاليا لدراسة مكثفة كمصفوفات PEM جذابة لأنها وفيرة طبيعيا، قابلة للمعالجة المائية، غير مفلورة، ويمكن معالجتها إلى أغشية قائمة بذاتها22،23،24. وبالمثل، يتم دراسة البوليمرات الصناعية المتوافقة حيويا مثل البولي (كحول الفينيل) (PVA) على نطاق واسع كمصفوفة غشائية مستدامة أو مكون خلط يوفر السلامة الميكانيكية وترطيب جيد، بينما توفر البوليمرات الاصطناعية مواقع المانح/النقل للبروتونات وتساعد في منع عبور الغاز من خلال خلق مسارات انتشار أكثر تعوجا25. بالإضافة إلى مساهمتها المحتملة في تغلغل البروتون داخل المركب، توفر هذه البوليمرات أيضا إمكانية تعديل الخصائص الميكانيكية للمركب، بالإضافة إلى التخفيف أو التحكم في خصائص التقاطع في الأغشية المركبة.

وبالنظر إلى أهمية توصيلية البروتونات كمعيار أداء محدد ل PEM، نقدم في هذا العمل سير عمل قابل للتكرار خطوة بخطوة لتصنيع الأغشية ولقياس موصلية البروتونات داخل المستوى للغشية المركبة من البوليمر وPVA وMIP-207-SO3H باستخدام مطيافية الممانعة الكهروكيميائية (EIS) في نظام يتم التحكم فيه بدرجة الحرارة والرطوبة. على عكس العديد من خلايا التوصيل عبر المستوى، حيث يجب ضغط الغشاء بين الأقطاب، يمكن أن تتأثر المقاومة المقاسة بشدة بمقاومة تلامس الغشاء الكهربائي، وعند استخدام أقطاب الشبكة، تغير طبعات الشبكة محليا مساحة التلامس الفعالة وسمك الغشاء، مما قد يؤثر على قياسات التوصيلية26. يقلل إعداد القطبين في المستوى من مساهمات الواجهات المباشرة ويحسن قابلية تكرار القياس26. توفر هذه الطريقة قابلية تكرار أفضل، وتقليل تأثيرات الواجهة بين الأقطاب والغشاء، ومقارنة أكثر موثوقية بين الأغشية ذات التركيبات المختلفة. يفصل بروتوكولنا بإيجاز تخليق MIP-207-SO3H، وتحضير أغشية PVA/MIP-207-SO3H، تليها عرض للخطوات ذات الصلة في قياسات توصيل البروتون، بما في ذلك التركيب في خلية القياس، واكتساب أطياف الممانعة لنقاط محددة في RH/درجة الحرارة، وأخيرا حساب توصيلية البروتونات. يهدف هذا البروتوكول إلى تمكين الباحثين الذين يصممون أغشية موصلة للبروتونات من إجراء قياسات توصيل البروتونات داخل المستوى لتركيبات مختلفة من الأغشية تحت ظروف رطوبة ودرجة حرارة محددة جيدا.

البروتوكول

بيان الأخلاقيات

لم تشمل هذه الدراسة البشر أو الحيوانات أو المواد البيولوجية المنظمة. استخدمت جميع التجارب تقنيات التخليق الكيميائي القياسية وتوصيف المواد.

1. تخليق MIP-207-SO3H

ملاحظة: يتم بناء تركيب MIP-207-SO3H على البروتوكولات التي أبلغ عنها سابقا وانغ وآخرون 27 وناندي وآخرون14. يظهر رسم تخطيطي لعملية التوليف في الشكل 1.

  1. ضع قضيب تحريك مغناطيسي في قارورة دائرية قاع بحجم 50 مل وأضف حمض 1,3,5-بنزين تريكربوكسيليك (588 ملغ، 2.40 مليمول) وحمض5-LiSO 3-إيزوفثاليك (5-LiSO3-IPA، 303 ملغ، 1.21 ملليمول) إلى القارورة.
    تحذير: في غطاء بخار، أضف 10 مل من أنهيدريد الخليك إلى القارورة وحرك على حرارة 25 درجة مئوية لمدة 5 دقائق حتى يصبح متجانسا. ثم أضف 10 مل من حمض الخليك الجليدي، ثم إضافة قطري لتيتانيوم (IV) إيزوبروبوكسيد (Ti(iPrO)4، 800 ميكرولتر، 2.70 ملليمول) أثناء التحريك. أنهيدريد/حمض الخليك وأكسيد التيتي مسبب للتآكل، ومهيج، وحساس للرطوبة، وقابل للاشتعال؛ ابتعد عن مصادر الإشعال.
  2. قم بتركيب مكثف ارتجاع في القارورة، وسخن خليط التفاعل حتى يصل إلى الارتجاع، وتأكد من الحفاظ على الارتجاع لمدة 24 ساعة تحت التحريك المستمر.
  3. بعد الانتهاء من التفاعل، دع الخليط يبرد إلى درجة حرارة الغرفة، ثم يعزل المنتج الصلب الناتج عن طريق الطرد المركزي. يقوم بالطرد المركزي للخليط بسرعة مناسبة حسب حجم الجسيمات، بشكل عام حوالي ~27,000 × ج.
  4. اغسل المادة الصلبة المجمعة ثلاث مرات بغلي الأسيتون لإزالة كل الرابط المتبقي غير المتفاعل، ثم جففها على طاولة تحت الهواء لأنها مطلوبة للتوصيف أو تصنيع الغشاء لاحقا.
  5. اجمع نمط PXRD من مسحوق MOF المجفف. تحقق من بنية ونقاء MOF عن طريق تراكب PXRD المجمع مع نمط MIP-207-SO3Hالمبلغ عنه/المحاكاة. يمكن أيضا إجراء تحليل مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR) وتحليل الجاذبية الحرارية (TGA) للتحقق من جودة الرابط الحر، العيوب، إلخ.

الشكل 1
الشكل 1: رسم تخطيطي لإجراء توليف MIP-207-SO3H. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

2. تحضير أغشية المصفوفات المختلطة

  1. قم بتفريق مسحوق PVA (10٪ بالأضافر/رطل) في ماء منزوع الأيونات وسخنه باستمرار (90 درجة مئوية) حتى يتم الحصول على محلول شفاف ومتجانس.
  2. لتحضير الغشاء المختلط المصفوفة، يتم تشتيت الكمية المطلوبة من MIP-207-SO3H في الماء منزوع الأيونات.
  3. قم بسونيك المحلول باستخدام مسبار فوق صوتي (سعة 10٪ لمدة 5 دقائق) للحصول على تعليق MOF منتظم. قم بضبط مدة السونيك حسب طبيعة ال MOF.
    ملاحظة: يمكن التحقيق في تأكيد جودة التشتت باستخدام تحليل حجم الجسيمات عبر تشتت الضوء الديناميكي (DLS) أو من خلال الملاحظات الشكلية باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM).
  4. أضف محلول PVA المذاب بشكل إسقاطي إلى تعليق MIP-207-SO3H المبعثر مسبقا على مدى ساعة واحدة تحت التحريك المستمر وامزج حتى يبدو التشتت متسقا بصريا (لا توجد تجمعات مرئية أو فصل طوري). قم بضبط كمية محلول PVA للحصول على تركيز نهائي 7٪ مع الضرب.
  5. صب محاليل PVA–MIP-207-SO3H على ألواح زجاجية نظيفة باستخدام أداة تطبيق الفيلم لتشكيل أفلام مبللة بسماكة محددة (مثل 1 مم). يمكن اختيار سمك الغشاء بناء على تركيز ولزوجة محلول البوليمر، وعادة ما يتراوح من حوالي 10 ميكرومولار إلى أكثر من 200 ميكرومولار في الفيلم الجاف.
  6. جفف الأغشية المصبوبة تحت ظروف محيطة تحت غطاء حتى يكتمل تبخر المذيب، ثم قم بتقشير الأغشية من الألواح الزجاجية للحصول على أغشية PVA وPVA/MIP-207-SO3H مرنة وكثيفة وشفافة. يعرض في الشكل 2 رسم تخطيطي لصناعة غشاء المصفوفة المختلطة (MMM).
  7. تحضير غشاء تحكم PVA فقط بدون MIP-207-SO3H باستخدام نفس إجراء التصنيع لتحديد مساهمة مصفوفة البوليمر النقية في توصيل البروتون.

الشكل 2
الشكل 2: رسم تخطيطي لتصنيع أغشية PVA و PVA/MIP-207-SO3H باستخدام طريقة صب المحلول. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

3. قياس توصيل البروتونات

  1. اقطع عينات الغشاء المصنعة وفقا لهندسة خلية القياس في المستوى (مثلا، 2 سم × 2 سم).
  2. قس أبعاد العينة وسماكتها في عدة مواقع باستخدام ميكرومتر، ثم احسب وسجل متوسط السماكة (t) (انظر الشكل 3، الخطوة 2).
    ملاحظة: ينصح بأخذ ثلاث قياسات دقيقة على الأقل للسمك بالقرب من مركز الغشاء.
  3. قم بتجميع خلية التوصيل بوضع الغشاء بين قطبين كهربائيين بمنطقة تلامس هندسية معروفة، A، ثم قم بتثبيت التجميع بين خليتين من التيفلون وشد بلطف باستخدام البراغي وصواميل سداسية لضمان اتصال جيد بين الوجوه. يتم عرض عملية تدريجية لتجميع خلية توصيل الغشاء في الشكل 3.
  4. ضع خلايا التفلون المجمعة داخل غرفة رطوبة مناخية، متصلة مباشرة ببوتينشستات ومضبوطة على درجة الحرارة ورطوبة الرطوبة المطلوبة.
  5. برمجة نقاط ضبط درجة الحرارة والرطوبة النسبية مباشرة (غالبا ما تتراوح بين 30 °م إلى 90 °م حسب النظام وزيادة نسبة الرطوبة من 60٪ إلى 95٪) في غرفة رطوبة قابلة للبرمجة. سيتغير تلقائيا مع مرور الوقت دون تدخل يدوي.
  6. توصيل خلية التوصيل داخل المستوى بالبوتنتشوستات المزود بمحلل استجابة التردد ووضع الإعداد عند حالة درجة الحرارة/الرطوبة النسبية المختارة.
    تحذير: دع الغشاء يتوازن لمدة ساعة قبل القياس.
  7. حدد نطاق تردد باستخدام برنامج EIS، من 1 ميجاهرتز إلى 1 هرتز مع وجود قياسين على الأقل لكل تردد، وضبط سعة اضطراب التيار المتردد على 20 مللي فولت، ثم ابدأ القياس وسجل طيف المعاوقة للتحليل لاحقا.
  8. احتفظ طيف المعاوقة للتحليل لاحقا بعد اكتمال القياس. تم تقديم رسم تخطيطي لإعداد قياس توصيل البروتونات في المستوى في الشكل 4 لتسهيل تصور تكوين التجربة.
  9. بعد ذلك، أطفئ غرفة الرطوبة ودعها تبرد لمدة ساعة حتى تنخفض درجة الحرارة عن 30 درجة مئوية. أخرج خلايا القياس من غرفة الرطوبة، وقم بتفكيكها، وتأكد من بقاء الغشاء سليما ميكانيكيا دون أي تآكل مرئي في الظروف المستخدمة لقياس توصيل البروتون.
  10. جفف الغشاء واحتفظ به في كيس بلاستيكي مخصص لمزيد من التحليل (مثل PXRD، الاختبار الميكانيكي، إلخ) للتحقق من الخصائص الهيكلية والميكانيكية بعد قياسات الموصلية.
  11. لتحليل نتائج EIS، يتم تحديد مقاومة الغشاء من مخططات نيكويست (−Im(Z) مقابل Re(Z)).
    يمكن قراءة المقاومة على أنها تقاطع نصف الدائرة عند الترددات العالية والمحور الحقيقي. يمكن أيضا قراءة المقاومة من مخطط بودي (log(|Z|) مقابل التردد). يتوافق مع الإحداثيات عند تمزق المنحدر.
  12. احسب موصلية البروتون، σ(S/cm)، من مقاومة الغشاء المقاسة باستخدام Eq-1. استخدم L (بالسم) كمسافة بين الأقطاب (المحددة بالإعداد)، وR (Ω) كمقاومة غشاء ككلية مستحوذة من مطيافية الممانعة، وA (سم2) كمساحة مقطع عرضي للغشاء تحمل تيارا في المستوى (يعرف A بأنه حاصل الضرب بين عرض الغشاء w وسمكنه T).
    ملاحظة: يمكن بعد ذلك توليد مخططات توصيل البروتونات σ (S·cm-1)، مقارنة بدرجة الحرارة باستخدام أي أداة تحليل بيانات متاحة.
    المعادلة 1
  13. قم بإنشاء مخطط أرينيوس عن طريق رسم In(σ) مقابل 1/T (أو 1000/T، مع T في الكلفن) لاستخراج طاقة التفعيل، Ea، من التوافق الخطي (Eq-2) وتحديد ما إذا كان نقل البروتون يحدث عبر آلية مركبة (Ea > 0.5 eV) أو القفز (Ea < 0.4 eV).
  14. استخدم σ (S.cm-1) كموصلية بروتونية مقاسة، وA كعامل ما قبل الأسي، وEa كطاقة تنشيط (eV)، وkB كثابت بولتزمان = 8.62 × 10-5 eV K-1، وT كدرجة حرارة.
    المعادلة 2

الشكل 3
الشكل 3: خلية ذات قطبين لخلايا قياس توصيل البروتونات داخل المستوى، موضحة التكوين الداخلي (الخطوة 1)، وضع الغشاء (الخطوة 2)، والتكوين المجمع (الخطوة 3). المقياس المعروض يشير إلى الأبعاد الفيزيائية لقطعة الغشاء المستخدمة في خلايا القياس. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 4
الشكل 4: مخطط إعداد قياس توصيل البروتونات في المستوى تحت ظروف درجة حرارة ورطوبة مضبوطة، موضحا تجميع الغشاء، تكوين الأقطاب، والاتصال بمحطة العمل الكهروكيميائية. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

النتائج

يمثل الشكلان 5 A و B التوضيح البنيوي ومخطط الحيود PXRD (CuKα) للنمط المحاكاة المركب MIP-207-(SO3H-IPA)x(BTC)1−x (x=0.28) وMIP-207، المحسوب من ملف المعلومات البلورية (CIF) المبلغ عنه في الدراسة الأصلية من قبل وانغ وآخرين27. التطابق الوثيق في مواقع هذه الانعكاسات المميزة لبراج، لا سيما القمم منخفضة الزاوية السائدة عند 2θ ≈ 5.0° و2θ ≈ 12-13°، يؤكد أن المشتقة الكبريتية لا تزال متساوية البنية مع MIP-207. بالإضافة إلى ذلك، يمكن ملاحظة هذه القمم المميزة MIP-207-SO3H في الغشاء المركب المصنع، مما يشير إلى نجاح دمج MOF الموثق الموثق الموثق بالبروتونات في مصفوفة PVA. يجب ألا يتأثر هيكل MOF أثناء تصنيع الغشاء، كما أن الأغشية المعيبة (مع فراغات جوهرية أو تجمع قوي لجزيئات MOF) يمكن أن تظهر أنماط PXRD عالية الجودة. لذا، هناك حاجة إلى مزيد من التحليل للأغشية عبر المجهر الإلكتروني الماسح (SEM). علاوة على ذلك، يجب أيضا التحقق من سلامة الغشاء بعد التعرض للرطوبة النسبية العالية قبل قياس EIS.

الشكل 5
الشكل 5: (أ) البنية البلورية ل MIP-207(Ti): (أعلى اليسار) وحدة عناقيد Ti–oxo غير عضوية؛ (أسفل اليسار) حمض البنزين ثلاثي الكربوكسيليك (BTC) أو رابط حمض إيزوفثاليك بخمس استبدالات (IPA مع 5 استبدال)، الذرة الوردية تمثل المجموعات الوظيفية –COOH و –SO3H، حيث يظهر Ti باللون الأزرق، وC بالرمادي، ومجموعات الأسيتات باللون الأخضر، وO بالأحمر؛ (يمين) إطار ثلاثي الأبعاد موسع مع قنوات مسام دورية، (ب) البنية الكيميائية ل PVA، و(ج) نمط PXRD التجريبي (CuKα) لغلاف MIP-207-SO3H، نمط MIP-207 محاكاة، PVA، وPVA/MIP-207-SO3H. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

مخطط نيكويست وموصلية البروتون لأغشية PVA النقية (بدون MOF) وPVA/MIP-207-SO3H المقيمة بواسطة EIS فوق 30-60 °م عند 95٪ رطوبة نسبية معروضة في الشكلين 6A وB. تظهر مخططات نيكويست لغشاء PVA/MIP-207-SO3H انخفاضا في نصف الدائرة مع ارتفاع درجة الحرارة (راجع الشكل 6 A)، مما يشير إلى انخفاض المقاومة الكتلية. الشكل 6 B يكشف عن زيادة أحادية في توصيل البروتون مع درجة حرارة كلا الغشائين. يشير هذا الاتجاه إلى سلوك نقل بروتونات مفعل حراريا يتوافق مع الأداء المتوقع للغشاء. تتميز النتيجة الناجحة بنصف دائرة كاملة في مخطط نيكويست مع تقاطع واضح عالي التردد يمثل مقاومة الغشاء الكلي. قد تشير الانحرافات مثل الأقواس غير المنتظمة أو المخططات غير المتماثلة للغاية إلى مشاكل تجريبية تشمل ضعف تلامس الغشاء مع الأقطاب، أو ترطيب الغشاء غير الكافي، أو تجميع غير صحيح للغشاء والأقطاب، أو وصلات البوتنتيستات المعيبة. الغشاء المركب، PVA/MIP-207-SO3H، يتمتع بتوصيل بروتوني 7.4 × 10-4 S·cm-1 مقارنة بPVA النقي بتوصيلية 3.1 × 10-4 S·cm-1، وهي أعلى بنسبة 140٪ عند 60 درجة مئوية وRH 95٪. لم يتم تقييم المتانة طويلة الأمد تحت التشغيل المستمر في هذه الدراسة ولا تزال جانبا مهما للتحقيقات المستقبلية.

الشكل 6
الشكل 6: (أ) يرسم نيكويست (المقاومة التخيلية (-Z") مقابل المقاومة الحقيقية (Z') لغشاء PVA/MIP-207-SO3H المقاس عند 95٪ رطوبة نسبية (30-60 درجة مئوية)، و(B) توصيل البروتون (S/cm) كدالة لدرجة الحرارة للأغشية PVA العارية وPVA/MIP-207-SO3H. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

تظهر مخططات أرينيوس ل In(σ) مقابل 1000/T (95٪ RH، 30-60 °C) توافقات خطية لكل من PVA النقي وPVA/MIP-207-SO3H (انظر الشكل 7). مخطط آرينيوس هنا يعبر عنه ب ln(σ) مقابل 1000/T، وهو ما يعادل رياضيا رسم ln(σ) مقابل 1/T لكنه يوفر مقياس x-محور أكثر ملاءمة لتصور البيانات واستخراج طاقة التفعيل. يظهر المركب طاقة تنشيط Ea = 0.65 eV، بينما PVA العاري له Ea = 0.46 eV. بشكل عام، تشير هذه القيم إلى أن نقل البروتونات يحدث عبر آلية نقل بروتونات مركبة في الغشاء المركب، بينما تحدث آليات المركبات والقفز في غشاء PVA النقي تماما. تؤكد هذه النتائج أن البروتوكول يتيح استخراج موثوق لطاقة التنشيط وتحديد آليات نقل البروتونات. تتميز النتائج التجريبية غير الفعالة بمخططات أرينيوس غير الخطية ذات التشتت الكبير وقيم معامل تحديد ضعيفة (R2)، مما يشير إلى أن نماذج بديلة مثل معادلة فوغل-تامان-فولشر (VTF) قد تكون أكثر ملاءمة لوصف سلوكيات التوصيلية المعتمدة على درجة الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، تشير طاقات التنشيط العالية بشكل غير طبيعي (Ea > 1.0 eV) أو قيم التوصيل أقل من 10-6 S/cm إلى ضعف في تشتت MOF، أو ترطيب غير كاف، أو مسارات موصلة بروتونية متقطعة.

الشكل 7
الشكل 7: مخططات أرينيوس: In(σ) مقابل 1000/T لأحشاء PVA العارية وPVA/MIP-207-SO3H مقاسة بنسبة 95٪ نسبية نسبية (30-60 °م); الرموز هي بيانات تجريبية والخطوط المتقطعة هي توافقات خطية تستخدم لاستخراج طاقة التفعيل. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

المناقشة

عند تحضير المركبات المتعددة الثقل (MOF/البوليمر)، من أهم خطوات البروتوكول ضمان التبلور ونقاء الطور في MOF قبل تصنيع الغشاء، حيث تؤثر السلامة الهيكلية لجهاز MOF بشكل كبير على امتصاص الماء، وفي النهاية على توصيل البروتونات. بالإضافة إلى ذلك، يؤثر حجم الجسيمات وتعدد التشتت في MOF بشكل كبير على الخصائص النهائية للغشاء وثبات التعليق الغروية. علاوة على ذلك، يلعب التوافق بين الواجهة بين MOF والبوليمر المختار دورا حاسما في تحديد جودة الغشاء بشكل عام. لذا، ينصح بشدة بمقارنة نمط PXRD التجريبي مع نمط MOF المبلغ عنه/المحاكى (هنا MIP-207-SO3H)، بالإضافة إلى تقنيات التوصيف التكميلية التي لم توصف هنا في هذه الورقة العملية (مثل مطيافية الأشعة تحت الحمراء (IR)، التحليل الحراري الجاذبي (TGA)، قياس المساميات للنيتروجين (N2)، والSEM). إذا كانت انعكاسات براج المميزة في MOF مفقودة أو إذا ظهرت قمم إضافية بعد التخليق، يجب تكرار التخليق قبل الانتقال إلى الخلط مع خليط البوليمر. يجب تأكيد نفس الشيء مرة أخرى بعد تصنيع الغشاء المركب. الخطوة الأساسية الثانية هي تحقيق تعليق MOF مستقر وخالي من الركامات قبل الخلط مع البوليمر، لأن تجميع MOF يمكن أن يخلق مسارات غير منتظمة قد تضر بقدرة MOFs/الغشاء على توصيل البروتونات21. الجسيمات النانوية ذات الحجم المتحكم به (< 200 نانومتر) تحسن تجانس الغشاء. أخيرا، ضمان ثبات التعليق الغروي قبل دمج محاليل MOF والبوليمر أمر ضروري، لأنه يؤثر مباشرة على جودة MMM28. يمكن تعديل هذا البروتوكول عن طريق اختيار بوليمرات بديلة أو MFs ذات كيمياء متوافقة، أو تعديل ظروف التحضير مثل المذيبات، وأنواع عوامل الربط المتقاطع، أو ظروف تصنيع الأغشية الأخرى مثل السماكة، ودرجة الحرارة، والبوليمر/MOF loading.to لتناسب أنظمة الأغشية المختلفة.

تعد معايير الصب أيضا مركزية لنجاح الطريقة، حيث تؤثر تجانسة الغشاء مباشرة على حساب التوصيلية من خلال السمك. بالنسبة لتصنيع الغشاء عبر صب المحلول، فإن تساوي السماكة الجافة النهائية يحكمها أساسا فجوة أداة تطبيق الفيلم؛ لذلك، فإن التحكم الصريح، وعند الحاجة، ضبط فجوة الصب أمر ضروري للحصول على سمك جاف مماثل عبر الأغشية المختلفة. بالإضافة إلى فجوة المطبق، يمكن أن تتأثر تجانسة الغشاء بسرعة الصب ولكن أيضا بتركيز البوليمر، واللزوجة، وتجانس الخليط 7,28. أثناء تصنيع الخليط أو الغشاء، إذا كانت هناك تجمعات مرئية، يجب إعطاء الأولوية لتحسين تجانس البوليمر-MOF (بما في ذلك التحكم في لزوجة البوليمر وحجم وتوزيع واستقرار الغرويات في جسيمات MOF) وتحسين ظروف الجفاف، لأن التجمع وضعف التصاق بوليمر-MOF يمكن أن يسبب عيوبا، ويغير السماكة محليا، ويعطل مسارات التوصيل المستمر للبروتون في MMM28. إذا لوحظت موصلية ضعيفة أو أطياف مقاومة غير متسقة، تأكد من جودة تصنيع الغشاء قبل تكرار القياسات. تحديدا، تحقق من توزيع MOF بشكل منتظم داخل مصفوفة الغشاء، أو ظروف تصنيع الغشاء (أي نسبة خليط البوليمر، تقنية الخلط، والربط المتبادل)، أو سلامة الغشاء في الظروف الرطبة. بعيدا عن هذه المعايير المهمة، هناك جوانب حرجة أخرى لقياسات التوصيلية مثل اتصال مستقر بين الغشاء والقطب، ودرجة حرارة مستقرة، ورطوبة نسبية في غرفة الرطوبة، والاتصال الصحيح بين خلايا القياس المجمعة والبوتنشيوستات، والتوازن الكافي عند كل من درجات الحرارة/الرطوبة النسبية المختارة، واستخراج متسق لقيم المقاومة من مخططات نيكويست29.

بشكل عام، تعتمد قيم التوصيل بشكل كبير على درجة الحرارة والرطوبة النسبية؛ ومع ذلك، في MMMs المصنوعة من MOF/البوليمر، يمكن تعديل تحميل MOF لتعظيم توصيل البروتونات. زيادة تحميل MOF يمكن أن تعزز مسارات نقل أكثر استمرارية للبوليمر ومساعدة MOF، مما يؤدي إلى تحسين كبير في توصيل البروتونات 14,18,19. ومع ذلك، يجب ملاحظة أن الأحمال الأعلى تزيد أيضا من احتمال تجمع MOF وعيوب الواجهة المتداخلة بسبب عدم التوافق بين MOF/البوليمر28. يؤدي دمج جسيمات MOF النانوية إلى زيادة عدد مواقع امتصاص الماء وقنوات الترطيب عند تشتتها في مصفوفة بوليمرية، مما يسهل نقل البروتونات14. بالإضافة إلى تحسينات امتصاص المياه، يمكن أن تعمل الغابات الآلية أيضا ككائنات جذرية (وهي من الجوانب الحاسمة لمتانة نافيون)، وتحد من عبور الغازات، مع تعزيز قوة الشد والحرارية والمتانة الميكانيكية للأغشية 7,30,31.

مقارنة بقياسات التوصيل عبر المستوى، حيث يتم ضغط الغشاء عادة بين الأقطاب لتقليل مقاومة التلامس بين الأقطاب، يتجنب الإعداد داخل المستوى التحميل المستمر عبر السماكة خلال القياس26. عندما تتغير درجة الحرارة والرطوبة، يصبح ذلك مفيدا لوحدات PEM البوليمرية الحيوية لأن التورم الناتج عن الترطيب والتلدين/التليين يجعل منطقة التلامس الفعالة تنجرف تحت الضغط32. نتيجة لذلك، يمكن لتكوين السطح أن يحسن قابلية التكرار عند مقارنة الأغشية ذات أحمال MOF مختلفة (والتي قد تختلف في امتصاص الماء والخصائص الميكانيكية، إلخ) وجودة التشتت26. مقارنة بالقياسات التقليدية عبر المستوى، يوفر هذا النهج قابلية تكرار أفضل ومقاومة تلامس بين الوجوه أقل، مما يجعله مناسبا بشكل خاص للتقييم المقارن للأغشية ذات التركيبات المختلفة.

أحد قيود هذه الطريقة هو أنه، رغم أنها تقلل من تأثيرات الوجه بين الأقطاب والغشاء مقارنة بإعداد قياس التوصيل عبر المستوى، إلا أنها لا تعكس مباشرة نقل البروتونات عبر السماكة، وبالتالي يجب اعتبارها مكملة وليست مكافئة لطرق التوصيل عبر المستوى. باختصار، توفر هذه الطريقة نهجا قابلا للتكرار وسهل الوصول إليه لتقييم توصيل البروتونات في MMs المستدامة، مما يمكن من المقارنة المنهجية للمواد تحت درجة حرارة ورطوبة مضبوطة. يمكن تطبيق هذا النهج على تطوير وتحسين PEMFCs.

الإفصاحات

لا يوجد لدى المؤلفين مصالح متضاربة أو تضارب مصالح للكشف عنها.

شكر وتقدير

نعترف بالتمويل من الوكالة الوطنية الفرنسية للبحوث (ANR) من خلال مشروع "أغشية MOF/الأغشية المختلطة بالبوليمرات الحيوية: فك تعقيد أنظمة توصيل البروتونات المستدامة وعالية التكلفة (MOFUEL)" (ANR-23-CE50-0014). وقد دعم هذا العمل أيضا من قبل ESPCI وENS-PSL.

كما نعترف بأن المساعدة في الذكاء الاصطناعي (AI) تم استخدامها في إعداد الشكل 3، تحديدا للمخطط الذي يمثل خلية قياس توصيل البروتونات التفلونية.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
 المعدات
النابذة المركزيةThermo Fisher ScientificSorvall LYNX 6000العزل الصلب بعد التوليف
غرفة الرطوبة المناخيةMemmertHCP50ضبط الرطوبة ودرجة الحرارة لقياس توصيل البروتون
أداة وضع الفيلمElcometer Limitedأدوات وضع الفيلم 4340التحكم في سمك الفيلم الرطب أثناء الصب
ألواح زجاجيةمتنوعN/Aالسطح الصب
المحرض المغناطيسي + الألواح المحركةمتنوعN/Aالخلط والتسخين أثناء التوليف والتحضير البوليمر
المقاسMitutoyoQuantumikeقياس سمك الغشاء (متوسط من عدة نقاط)
أدوات مخبرية أخرىمتنوعN/Aملاعق، غطاء الدخان، ماصات/محقنة لإضافة المواد الكيميائية، إلخ
الجهاز القياسي للجهودBiologicVSP-3eلقياس EIS
خلايا PTFE (Teflon)، المسامير، المسامير السداسيةEquilabriumBT-112الشد الميكانيكي لضمان اتصال جيد بالقطب الكهربائي
جهاز PXRDBrukerD8 Advanceلفحص المرحلة/البلورة لمسحوق MOF
مكثف الرجوعمتنوعN/Aالحفاظ على درجة حرارة التفاعل أثناء تصنيع MOF
قارورة قاع دائريةمتنوعN/Aوعاء تفاعل تصنيع MOF وحل البوليمر
مسبار بالموجات فوق الصوتيةBransonUltrasonic Sonifier SFX550تفريق MOF في الماء قبل المزج مع PVA
مسبار بالموجات فوق الصوتيةBransonUltrasonic Sonifier SFX550تفريق MOF في الماء قبل المزج مع PVA
أداة وضع الفيلمElcometer Limitedأدوات وضع الفيلم 4340التحكم في سمك الفيلم الرطب أثناء الصب
ألواح زجاجيةمتنوعN/Aالسطح الصب
المقاسMitutoyoQuantumikeقياس سمك الغشاء (متوسط من عدة نقاط)
أدوات مخبرية أخرىمتنوعN/Aملاعق، غطاء الدخان، ماصات/محقنة لإضافة المواد الكيميائية، إلخ
المواد الكيميائية
حمض 1،3،5-بنزين ثلاثي الكربوكسيلThermo ScientificA15947.18رابط عضوي MOF
ملح ليثيوم حمض 5-سلفوإيزوفثاليكThermo ScientificA18028.36 (95%)مصدر الرابط السلفوني المستخدم لإدخال المواقع الحمضية
أنهيدريد الأسيتيكThermo Scientific149490010 (99+%,)يستخدم في خليط التصنيع
إيزوبروبوكسيد التيتانيوم (IV)Sigma Aldrich205273 ((97%)سلف التيتانيوم المستخدم في تكوين Ti-MOF
الأسيتونCarlo Erba002100DD14150يستخدم في غسلات الغليان/التنشيط
بولي (كحول الفينيل) (PVA)Alfa AesarALF-041243-14مصفوفة البوليمر للأغشية

المراجع

  1. Ahmad S, Nawaz T, Ali A, Orhan MF, Samreen A, Kannan AM. An overview of proton exchange membranes for fuel cells: Materials and manufacturing. Int J Hydrogen Energy. 2022;47(44):19086–19131. doi: 10.1016/j.ijhydene.2022.04.099
  2. Abdin Z, Zafaranloo A, Rafiee A, Mérida W, Lipiński W, Khalilpour KR. Hydrogen as an energy vector. Renew Sustain Energy Rev. 2020;120. doi:10.1016/j.rser.2019.109620
  3. Alaswad A, Palumbo A, Dassisti M, Olabi AG. Fuel cell technologies, applications, and state of the art. A reference guide. Ref Modul Mater Sci Mater Eng. 2016. doi:10.1016/B978-0-12-803581-8.04009-1
  4. Ong AL, Bottino A, Capannelli G, Comite A. Effect of preparative parameters on the characteristic of poly (vinylidene fluoride)-based microporous layer for proton exchange membrane fuel cells. J Power Sources. 2008;183(1):62–68. doi:10.1016/j.jpowsour.2008.04.064
  5. Song C. Fuel processing for low-temperature and high-temperature fuel cells: Challenges and opportunities for sustainable development in the 21st century. Catal Today. 2002;77(1–2):17–49. doi:10.1016/S0920-5861(02)00231-6
  6. Liu Q, Lan F, Chen J, Zeng C, Wang J. A review of proton exchange membrane fuel cell water management: Membrane electrode assembly. J Power Sources. 2022;517. doi:10.1016/j.jpowsour.2021.230723
  7. Liu YR, Chen YY, Zhuang Q, Li G. Recent advances in MOFs-based proton exchange membranes. Coord Chem Rev. 2022;471. doi:10.1016/j.ccr.2022.214740
  8. Mauritz KA, Moore RB. State of understanding of Nafion. Chem Rev. 2004;104(10):4535–4585. doi:10.1021/cr0207123
  9. Ahmad Kamaroddin MF, et al. Membrane-based electrolysis for hydrogen production: A review. Membranes. 2021;11(11). doi:10.3390/membranes11110810
  10. Sadakiyo M, Yamada T, Kitagawa H. Rational designs for highly proton-conductive metal-organic frameworks. J Am Chem Soc. 2009;131(29):9906–9907. doi:10.1021/ja9040016
  11. Kim S, Dawson KW, Gelfand BS, Taylor JM, Shimizu GKH. Enhancing proton conduction in a metal-organic framework by isomorphous ligand replacement. J Am Chem Soc. 2013;135(3):963–966. doi:10.1021/ja310675x
  12. Sadakiyo M, Yamada T, Kitagawa H. Proton conductivity control by ion substitution in a highly proton-conductive metal-organic framework. J Am Chem Soc. 2014;136(38):13166–13169. doi:10.1021/ja507634v
  13. Rao Z, Tang B, Wu P. Proton conductivity of proton exchange membrane synergistically promoted by different functionalized metal-organic frameworks. ACS Appl Mater Interfaces. 2017;9(27):22597–22603. doi:10.1021/acsami.7b05969
  14. Nandi S, et al. Multivariate sulfonic-based titanium metal-organic frameworks as super-protonic conductors. ACS Appl Mater Interfaces. 2021;13(17):20194–20200. doi:10.1021/acsami.1c03644
  15. Taylor JM, Dekura S, Ikeda R, Kitagawa H. Defect control to enhance proton conductivity in a metal-organic framework. Chem Mater. 2015;27(7):2286–2289. doi: 10.1021/acs.chemmater.5b00665
  16. Zhang X, Liu Y, Wang M, Liu H, Mu Y, Fo Y. Using structurally defective UiO-66 to construct effective proton conduction path in proton exchange membranes. Int J Hydrogen Energy. 2026; 216:153968. doi: 10.1016/j.ijhydene.2026.153968
  17. Ponomareva VG, Kovalenko KA, Chupakhin AP, Dybtsev DN, Shutova ES, Fedin VP. Imparting high proton conductivity to a metal-organic framework material by controlled acid impregnation. J Am Chem Soc. 2012;134(38):15640–15643. doi:10.1021/ja305587n
  18. Wahiduzzaman M, et al. A high proton conductive hydrogen-sulfate decorated titanium carboxylate metal-organic framework. ACS Sustain Chem Eng. 2019;7(6):5776–5783. doi:10.1021/acssuschemeng.8b05306
  19. Wang S, et al. A robust zirconium amino acid metal-organic framework for proton conduction. Nat Commun. 2018;9(1). doi:10.1038/s41467-018-07414-4
  20. Yeskendir B, Dacquin JP, Lorgouilloux Y, Courtois C, Royer S, Dhainaut J. From metal-organic framework powders to shaped solids: Recent developments and challenges. Mater Adv. 2021;2(22):7139–7186. doi:10.1039/d1ma00630d
  21. Zhou Y, et al. Facilitating the proton conductivity of polyvinyl alcohol-based proton exchange membrane by phytic acid encapsulated Zn-azolate MOF. Process Saf Environ Prot. 2023; 172:48–56. doi: 10.1016/j.psep.2023.01.072
  22. Abouricha S, et al. Biopolymers-based proton exchange membranes for fuel cell applications: A comprehensive review. ChemElectroChem. 2024;11(9). doi:10.1002/celc.202300648
  23. Staszczyk K, Tylingo R. Bio-based proton exchange membranes from chitosan: A review of progress and challenges. Energy Fuels. 2025;39(28):13242–13259. doi: 10.1021/acs.energyfuels.5c01969
  24. Wang H, et al. Proton-conducting poly-γ-glutamic acid nanofiber embedded sulfonated poly (ether sulfone) for proton exchange membranes. ACS Appl Mater Interfaces. 2019;11(24):21865–21873. doi:10.1021/acsami.9b01200
  25. Erkartal M, Usta H, Citir M, Sen U. Proton conducting poly (vinyl alcohol)/poly (2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid)/zeolitic imidazolate framework ternary composite membrane. J Membr Sci. 2016; 499:156–163. doi: 10.1016/j.memsci.2015.10.032
  26. Heimerdinger P, Rosin A, Danzer MA, Gerdes T. A novel method for humidity-dependent through-plane impedance measurement for proton conducting polymer membranes. Membranes. 2019;9(5). doi:10.3390/membranes9050062
  27. Wang S, et al. Toward a rational design of titanium metal-organic frameworks. Matter. 2020;2(2):440–450. doi: 10.1016/j.matt.2019.11.002
  28. Yu S, Li C, Zhao S, Chai M, Hou J, Lin R. Recent advances in the interfacial engineering of MOF-based mixed matrix membranes for gas separation. Nanoscale. 2024;16(16):7716–7733. doi:10.1039/d4nr00096j
  29. Lee CH, Park HB, Lee YM, Lee RD. Importance of proton conductivity measurement in polymer electrolyte membrane for fuel cell application. Ind Eng Chem Res. 2005;44(20):7617–7626. doi:10.1021/ie0501172
  30. Huang J, et al. Achieving excellent proton conductivity and power density by introducing stable nitrogen-rich carbonized metal-organic frameworks into high-temperature proton exchange membranes. J Mater Chem A. 2025;13(23):17393–17403. doi:10.1039/d5ta01261a
  31. Liu Q, et al. Metal-organic frameworks modified proton exchange membranes for fuel cells. Front Chem. 2020;8. doi:10.3389/fchem.2020.00694
  32. Zhang C, et al. Disentangling heat and moisture effects on biopolymer mechanics. Macromolecules. 2020;53(5):1527–1535. doi: 10.1021/acs.macromol.9b01988

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

قياس توصيل البروتون في أغشية المصفوفة المختلطة المعتمدة على MOF بواسطة مطيافية المقاومة الكهروكيميائية
اتصل بنا
أوصِ بها للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

2026 © حقوق الطبع والنشر MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.