Conductividad superprotónica a temperatura ambiente más allá de 10 S cm en un polímero de coordinación

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Química
• Almacenamiento de energía

Sus antecedentes:

• Los conductores de protones cristalinos de estado sólido (SSPC) eficientes son vitales para las aplicaciones de energía limpia.
• El logro de una alta conductividad (≥ 10−1 S cm−1) a temperatura ambiente es un desafío clave.

Objetivo del estudio:

• Diseñar y sintetizar nuevos polímeros de coordinación 1D Co (CP) como SSPC.
• Investigar el efecto del agua y los oxo-aniones coordinados en los mecanismos de conducción de protones.

Principales métodos:

• Síntesis racional de dos polímeros de coordinación 1D Co (II), el PCM-2 y el PCM-3.
• Caracterización de sus estructuras y conductividad de protones bajo humedad y temperatura variables.

Principales resultados:

• PCM-2 demostró una conductividad superprotónica ultra alta (1,03 × 10−1 S cm−1 a 25 °C, con una humedad relativa del 95%), que excede al Nafion 117 comercial.
• La conductividad de protones mejorada en PCM-2 se atribuye a la unión H cooperativa entre el agua unida al metal y los aniones de nitrato.
• El PCM-3, que carece de este enlace H, mostró una conductividad significativamente más baja (5,87 × 10−5 S cm−1 a 85 °C, 95% RH).

Conclusiones:

• El PCM-2 es el primer SSPC que alcanza una conductividad de 10−1 S cm−1 a temperatura ambiente con una excelente reciclabilidad.
• El mecanismo de conducción de protones impulsado por agua coordinada, mejorado por un enlace H específico, es efectivo para diseñar SSPC de alto rendimiento.