无形酸薄膜中质子导电性的尺寸缩放
Yoshitaka Aoki1, Hiroki Habazaki, Toyoki Kunitake
1Graduate School of Engineering, Hokkaido University, N13W8, Kita-ku, Sapporo, 060-8628, Japan. y-aoki@eng.hokudai.ac.jp
Journal of the American Chemical Society
|October 8, 2009
概括
无形酸纳米薄膜显示了增强的质子导电性,这是由于它们的类酸位. 这种导电性取决于尺寸,随着薄膜厚度降低到120nm以下,它会得到改善.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 固态化学 固态化学
- 纳米技术纳米技术
背景情况:
- 无形酸 (a-Al{0.1}Si{0.9}O{x}) 纳米薄膜在玻璃矩阵内具有独特的类酸位网络.
- 这种结构对于理解它们的大小依赖的质子导电性至关重要.
研究的目的:
- 为了研究无形酸纳米膜的质子导电性.
- 阐明薄膜厚度,酸位网络和导电性之间的关系.
- 探索不同质子载体 (布伦斯特德和易斯酸性质子) 在导电性中的作用.
主要方法:
- 使用多重旋转涂层制造密集的无形酸纳米薄膜 (22-1400 nm).
- 测量X射线吸收近边缘结构 (XANES) 来分析膜结构.
- 热溶解光谱 (TDS) 用于研究质子持久性.
- 在不同温度和湿度下测量质子导电性.
主要成果:
- 薄膜框架类似于石结构,与角连接的SiO(4) 和AlO(4) 四面体单位.
- 质子导电性表现出复杂的温度和湿度依赖,这是由于布伦斯特德和易斯酸性质子.
- 布伦斯特酸性质子在500°C以上保持稳定,使其在300°C以上具有不依赖湿度的导电性.
- 导电性 (西格玛) 尺度,厚度 (d) 为西格玛,与d-tau成比例,d<120 nm,和度低于40 nm,tau=2.2.
结论:
- 观察到的有限尺寸缩放行为与3D透理论是一致的,表明由相互连接的布伦斯特酸中心形成的导电通道.
- 无形酸纳米薄膜为导质子材料提供了一个有前途的平台,其根据薄膜厚度可调节性质.
