Sistemas orgánicos covalentes con perfluoroalquilo funcional con superhidrofobidad para la conducción de protones...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Ingeniería Química

Sus antecedentes:

• Los materiales anhidros conductores de protones son cruciales para las células de combustible de membrana de electrolito de polímero de alta temperatura (HT-PEMFC).
• Los marcos orgánicos covalentes (COF) son prometedores para el transporte de iones, pero a menudo carecen de estabilidad química.
• La mejora de la estabilidad y la conductividad de los COF es esencial para su aplicación práctica en las pilas de combustible.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar COFs 2D funcionalizados con perfluoroalquilo y ligados a hidrazona con mayor estabilidad ácida y conductividad de protones.
• Investigar el impacto de la longitud de la cadena de flúor en las propiedades de estos COF.
• Explorar el potencial de los nanocanales COF como una plataforma para la conducción de protones anhidros.

Principales métodos:

• Estrategia de autoensamblaje de abajo hacia arriba para la síntesis de COF.
• Investigación sistemática de COF fluorados con diferentes longitudes de la cadena de flúor.
• Pruebas de estabilidad ácida y mediciones de conductividad de protones a altas temperaturas.
• Estudios de resonancia magnética nuclear en estado sólido para elucidar los mecanismos de transporte de iones.

Principales resultados:

• Los COF fluorados presentan una estabilidad estructural superior en ácidos fuertes en comparación con sus homólogos no fluorados, evidenciada por un alto ángulo de contacto con el agua (144°).
• Los COF fluorados dopados logran una conductividad de protones anhídridos de 4,2 × 10-2 S cm-1 a 140 °C, una mejora de cuatro órdenes de magnitud.
• La RMN en estado sólido revela moléculas dinámicas de H₃PO₄ que forman redes de enlace de hidrógeno dentro de marcos rígidos de COF, lo que facilita el rápido transporte de protones.

Conclusiones:

• La funcionalización de perfluoroalquilo mejora significativamente la estabilidad ácida y la conductividad del protón anhidro de los COF.
• Los nanocanales superhidrófobos de los COF fluorados actúan como huéspedes efectivos para los conductores de protones.
• Estos hallazgos ponen de relieve el potencial de los COF funcionalizados como materiales robustos para aplicaciones avanzadas de HT-PEMFC.