СТРУКТУРА И МЕХАНИЗМ ИОННОГО ПЕРЕНОСА В СОЕДИНЕНИЯХ НОВОГО СЕМЕЙСТВА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПРОТОНПРОВОДЯЩИХ ТВЕРДЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ 

Черняк А.В., Добровольский Ю.А., Шилов Г.В., Леонова Л.С., Зюбина Т.С.,

Никитина З.К., Тарасов В.П., Романченко Е.В., Атовмян Л.О.

Институт проблем химической физики РАН

Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова

Синтез и исследование свойств новых твердых электролитов с высокой протонной проводимостью при естественных земных температурах вызывает в последнее время интерес множества исследователей. Это связано как с фундаментальными задачами исследования механизма протонного переноса в твердых телах, так и с возможностью практического применения таких веществ (источники тока, топливные элементы, химические сенсоры). Основным направлением поиска является получение высокопроводящих систем, устойчивых к колебаниям влажности окружающей среды

Целью данной работы являлись синтез новых протонных электролитов на основе солей ортоиодной и ортотеллуровой кислот с тяжелыми щелочными металлами, изучение их кристаллической структуры, термической устойчивости, ионной и электронной составляющих проводимости и моделирование протонного переноса в таких системах. В ходе исследования использовали методы рентгеноструктурного анализа, ИК- и ЯМР-спектроскопии, импедансометрии, ДТА.

В системе MeOH-H₅IO₆ (Me = Rb, Cs) выделены высокопроводящие фазы состава MeH₄IO₆*H₅IO₆*nH₂O, Me₂H₃IO₆*nH₂O, Me₄H₂I₂O₁₀*nH₂O. Показано, что в структуру этих соединений входят изолированные слабоискаженные октаэдры IO₆ или сдвоенные октаэдры I₂O₁₀. Максимальная проводимость обнаружена в соединениях, содержащих одновременно кислотно-основную пару H₄IO₆^- - H₅IO₆. ЯМР и импедансометрическое изучение показало наличие двух независимых процессов переноса протона. Высокопроводящие фазы обнаружены и в солях MeH₅TeO₆, которые более термически стабильны, чем соответствующие соли ортоиодной кислоты и кристаллизуются без структурной воды, однако их проводимость несколько ниже.

Сравнение экспериментальных данных с результатами квантовохимического моделирования показало, что перенос протона может осуществляться как по сетке водородных связей, так и путем непосредственного переноса между анионами. Полученные соединения обладают высокой ионной проводимостью, термической стабильностью и могут быть использованы в различных электрохимических устройствах.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 01-03-33178).