形のないアルミシリケート酸の薄膜におけるプロトン伝導性のサイズスケーリング

科学分野:

• マテリアルサイエンス 材料科学
• 固体化学 固体化学
• ナノテクノロジー ナノテクノロジー

背景:

• アモルフアルミシリケート (a-Al{0.1) Si{0.9) O{x)) ナノフィルムは,ガラスのマトリックス内のユニークなゼオライトのような酸性サイトネットワークを有しています.
• この構造は,それらの大きさに依存する陽子伝導性を理解するために重要である.

研究 の 目的:

• 無形アルミシリケートナノフィルムの陽子伝導性を調査するために.
• 膜の厚さ,酸性サイトネットワーク,導電性との関係を解明する.
• 導電性における異なる陽子キャリア (BrønstedとLewis酸性陽子) の役割を探求する.

主な方法:

• 複数のスピンコーティングを使用した密度の高い無形アルミシリケートナノフィルム (22-1400 nm) の製造.
• フィルム構造を分析するためのX線吸収近辺構造 (XANES) 測定.
• 熱分解光譜 (TDS) は,陽子の持続性を研究する.
• 異なる温度と湿度下でのプロトンの伝導性測定.

主要な成果:

• フィルムフレームワークは,角に結合されたSiO(4) とAlO(4) の四面体単位を持つゼオリス構造に似ています.
• 陽子伝導性は,ブロンステッドとルイス酸性陽子による複雑な温度と湿度の依存性を表しています.
• ブロンステッド酸性陽子は~500°Cまで安定し,300°C以上では湿度に依存しない伝導性を可能にします.
• 導電性 (シグマ) スケールで,厚さ (d) はシグマでdに比例する (d) で,d <120 nm,飽和度は40 nm以下で,tau = 2.2.でd <120 nm,飽和度は40 nm以下で,tau = 2.2.でd <120 nm).

結論:

• 観測された有限サイズスケーリングの行動は,3D浸透理論と一致し,相互接続されたブロンステッド酸中心によって形成された伝導経路を示しています.
• アモルフォスアルミノシリケートナノフィルムは,フィルムの厚さに基づいて調節可能な性質を持つ陽子伝導材料のための有望なプラットフォームを提供します.