СИНТЕЗ И ТРАНСПОРТНЫЕ СВОЙСТВА ПОЛИСУРЬМЯНОЙ КИСЛОТЫ, ПОВЕРХНОСТНО-МОДИФИЦИРОВАННОЙ СЕРНОЙ КИСЛОТОЙ
Бодров Т.Д., Ярошенко Ф.А.
Челябинский государственный университет
454001, г. Челябинск, ул. Братьев Кашириных, д. 129
В связи с тем, что прогресс в области водородной энергетики лимитируется дефицитом доступных протонных проводников для низких температур, актуальным направлением является сульфирование неорганических матриц. Данное исследование посвящено созданию перспективных материалов на базе полисурьмяной кислоты. Цель работы: заключается в повышении ионной проводимости её наночастиц за счет прививки сульфогрупп на их поверхность.
Сульфирование наночастиц полисурьмяной кислоты проводили в растворе (14М, 7М, 3.5М и 1.75М) серной кислоты при комнатной температуре с последующей отмывкой образцов в дистиллированной воде.
Исследование проводящих свойств методом импедансной спектроскопии показало, что на годографах присутствует высокочастотная полуокружность, переходящая в диффузионную шпору при снижении частоты. Установлено, что при увеличении относительной влажности радиус полуокружности уменьшается, что свидетельствует о снижении сопротивления модифицированных образцов. Аналогичный эффект наблюдается при увеличении концентрации серной кислоты.
Экспериментальные годографы хорошо описываются эквивалентной схемой, состоящей из сопротивления-R1, C1-емкости межзёренного пространства и C2-емкости двойного слоя на границе электрод-электролит.
По данным термического анализа, разложение образца протекает в три стадии. Первая стадия - до 200 °C, связана с процессами дегидратации ПСК и поверхностных сульфогрупп. Вторая стадия в интервале 450–600 °C сопровождается резкой потерей массы, соответствующей деструкции сульфогрупп с выделением оксидов серы, кислорода и остатков воды, а также формированием Sb6O13. При нагреве выше 700 °C происходит восстановление ионов Sb5+ до Sb3+ с образованием смешанного оксида Sb6O13.
Заключение: в ходе исследования установлено, что обработка наночастиц полисурьмяной кислоты раствором серной кислоты приводит к их поверхностной модификации сульфогруппами. Методом термогравиметрического анализа выявлена прямая зависимость: с увеличением концентрации серной кислоты возрастает общая потеря массы образцов, что свидетельствует о закономерном повышении содержания привитых сульфогрупп. Кроме того, обнаружено, что увеличение относительной влажности приводит к росту проводимости модифицированных материалов, что, по-видимому, связано с повышением степени гидратации наночастиц ПСК.