Conductividad iónica y aplicación potencial para celdas de combustible de un marco orgánico covalente modificado...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Química
• La electroquímica
• Nanotecnología

Sus antecedentes:

• Las estructuras orgánicas covalentes (COF) son polímeros porosos cristalinos con propiedades sintonizables.
• La conducción de protones en los materiales es crucial para aplicaciones energéticas como las pilas de combustible.
• El desarrollo de FOC procesables y altamente conductores sigue siendo un desafío importante.

Objetivo del estudio:

• Sintetizar y caracterizar nuevos COF basados en iminas (RT-COF-1) para aplicaciones de conductividad iónica.
• Investigar el mecanismo de conducción de protones y el rendimiento de los COF dopados con LiCl (LiCl@RT-COF-1).
• Explorar la transformabilidad de estos COF en películas flexibles para las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC).

Principales métodos:

• Síntesis de COF a base de imina por medio de la reacción de Schiff entre el 1,3,5-tris(4-aminofenil) benceno y el 1,3,5-benzenetricarbaldehído.
• Modificación post-sintética de RT-COF-1 con LiCl para formar LiCl@RT-COF-1.
• Espectroscopia de impedancia electroquímica para las mediciones de conductividad iónica.
• Espectroscopia de resonancia magnética nuclear en estado sólido (1H y 7Li) para estudios del mecanismo de conducción.
• Cristalografía de rayos X para el análisis estructural de películas procesadas.

Principales resultados:

• LiCl@RT-COF-1 logró una alta conductividad iónica de 6,45 × 10−3 S cm−1 a 313 K y una humedad relativa del 100%.
• El mecanismo de conducción de protones se aclaró utilizando la espectroscopia de RMN en estado sólido.
• Los COF exhibieron una notable capacidad de procesamiento en películas casi transparentes y flexibles con orden estructural en el plano.
• Los PEMFC construidos con estas películas alcanzaron una densidad de potencia máxima de 12,95 mW cm-2 y una densidad de corriente de 53,1 mA cm-2 a 323 K.

Conclusiones:

• Los COF basados en imina, en particular LiCl@RT-COF-1, exhiben una excelente conductividad de protones.
• Estos materiales demuestran una capacidad de procesamiento significativa, lo que permite la fabricación de películas flexibles y ordenadas.
• Las películas de COF desarrolladas son candidatos prometedores para las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC).