Протонопровідні полімерні та органо-неорганічні мембрани
The aim of the work is to synthesize polymer and hybrid polymer-inorganic proton conductive membranes on the base of water soluble acrylic monomers and sol-gel precursor, and characterize their properties.Materials, used for membrane preparation - acrylonitrile (AN), acrylic acid (AA), 3-sulfopropyl...
Збережено в:
| Дата: | 2019 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2019
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/492 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Репозитарії
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543906196357120 |
|---|---|
| author | Rymsha, Kh. V. Zhyhailo, M. M. Demchyna, O. I. Yevchuk, I. Yu. |
| author_facet | Rymsha, Kh. V. Zhyhailo, M. M. Demchyna, O. I. Yevchuk, I. Yu. |
| author_sort | Rymsha, Kh. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:03:38Z |
| description | The aim of the work is to synthesize polymer and hybrid polymer-inorganic proton conductive membranes on the base of water soluble acrylic monomers and sol-gel precursor, and characterize their properties.Materials, used for membrane preparation - acrylonitrile (AN), acrylic acid (AA), 3-sulfopropyl acrylate potassium salt (SPAK), tetraethoxysilane (TEOS), 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (MAPTMS), ethyleneglycol dimethacrylate (EGDMA), 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone (DMPA) and phosphoric acid (85 wt. %).Methods of investigation – impedance spectroscopy, water and methanol uptake measurement, laser interferometry, SEM.Proton conductive polymer and organic-inorganic membranes were synthesized based on acrylic monomers and silica inorganic component, derived as a result of sol-gel transformation of precursors – tetraethoxysilane (TEOS) and 3-methacryloxypropyl trimethoxysilane (MAPTMS). AA, AN and SPAK were cross-linked by irradiation with UV light at the presence of photoinitiator DMPA and cross-linker EGDMA and simultaneous hydrolytic polycondensation of sol-gel precursors. Kinetics of polymerization in situ was investigated by laser interferometry. Membranes characterization includes morphology, methanol uptake and proton conductivity at different temperatures. Morphology of the membranes investigated using SEM evidences that the material structure is homogeneous without cracks and phase separation. The membranes obtained exhibit low methanol uptake and high values of proton conductivities (3.6·10–3–9.6·10–3 Sm/cm) making them attractive for fuel cell application. Contact angle measurements allow to evaluate free surface energy of the membranes.The proposed method of UV-іnitiated polymerization in situ allows one to obtain cross-linked sulfo groupcontaining polymer and hybrid polymer-inorganic materials, which possesses a complex of necessary properties for their use in methanol fuel cells. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:33Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-492 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:07:59Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-4922022-06-29T10:03:38Z Proton conductive polymer and hybrid polymer-inorganic membranes Протонпроводящие полимерные и органо-неорганические мембраны Протонопровідні полімерні та органо-неорганічні мембрани Rymsha, Kh. V. Zhyhailo, M. M. Demchyna, O. I. Yevchuk, I. Yu. organic-inorganic membrane sol-gel method proton conductivity UV-curing acrylate 3-metha-cryloxypropyltrimethoxysilane органічно-неорганічна мембрана золь-гель метод протонна провідність УФ-затвердження акрилат 3-метакрилоксипропілтриметоксисилан органо-неорганическая мембрана золь-гель метод протонная проводимость УФ-затвердевание акрилат 3-метакрилоксипропилтриметоксисилан The aim of the work is to synthesize polymer and hybrid polymer-inorganic proton conductive membranes on the base of water soluble acrylic monomers and sol-gel precursor, and characterize their properties.Materials, used for membrane preparation - acrylonitrile (AN), acrylic acid (AA), 3-sulfopropyl acrylate potassium salt (SPAK), tetraethoxysilane (TEOS), 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane (MAPTMS), ethyleneglycol dimethacrylate (EGDMA), 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone (DMPA) and phosphoric acid (85 wt. %).Methods of investigation – impedance spectroscopy, water and methanol uptake measurement, laser interferometry, SEM.Proton conductive polymer and organic-inorganic membranes were synthesized based on acrylic monomers and silica inorganic component, derived as a result of sol-gel transformation of precursors – tetraethoxysilane (TEOS) and 3-methacryloxypropyl trimethoxysilane (MAPTMS). AA, AN and SPAK were cross-linked by irradiation with UV light at the presence of photoinitiator DMPA and cross-linker EGDMA and simultaneous hydrolytic polycondensation of sol-gel precursors. Kinetics of polymerization in situ was investigated by laser interferometry. Membranes characterization includes morphology, methanol uptake and proton conductivity at different temperatures. Morphology of the membranes investigated using SEM evidences that the material structure is homogeneous without cracks and phase separation. The membranes obtained exhibit low methanol uptake and high values of proton conductivities (3.6·10–3–9.6·10–3 Sm/cm) making them attractive for fuel cell application. Contact angle measurements allow to evaluate free surface energy of the membranes.The proposed method of UV-іnitiated polymerization in situ allows one to obtain cross-linked sulfo groupcontaining polymer and hybrid polymer-inorganic materials, which possesses a complex of necessary properties for their use in methanol fuel cells. Цель работы – синтезировать полимерные и органо-неорганические протонопроводящие мембраны на основе водорастворимых акриловых мономеров и золь-гель прекурсоров и охарактеризовать их свойства.Материалы, использованные для приготовления мембран: акрилонитрил (AN), акриловая кислота (АА), 3-сульфопропилакрилат калия (SPAK), тетраэтокисисилан (TEOS), 3-мета-крилоксипропилтриметоксисилан (МAPTMS), этиленгликольдиметакрилат (EGDMA), 2,2-диметокси-2-фенилацетофенон (DMPA) и ортофосфорная кислота (85 масс. %).Методы исследования - импедансная спектроскопия, измерение поглощения воды и метанола, лазерная интерферометрия, SEM.Протонопроводящие полимерные и органо-неорганические мембраны были синтезированы на основе акриловых мономеров и неорганического компонента кремнезема, полученного в результате золь-гель преобразования прекурсоров - тетраэтоксисилана (ТEOS) и 3-метакрилоксипропилтриметоксисилана (MAPTMS). AA, AN и SPAK получены сшиванием с помощью УФ излучения в присутствии фотоинициатора DMPA и сшивающего агента EGDMA и одновременной гидролитической поликонденсации золь-гель прекурсоров. Исследована кинетика полимеризации in situ методом лазерной интерферометрии. Характеристика мембран включает морфологию, водопоглощение и протонную проводимость при различных температурах. Морфология мембран, установленная методом SEM, подтверждает формирование однородной структуры материала, без трещин и видимого фазового разделения. Полученные мембраны демонстрируют низкое поглощение метанола и высокие значения протонной проводимости (3.6·10–3–9.6·10–3 См/см), что делает их перспективными для применения в топливных элементах. Измерение углов смачивания позволило оценить свободную поверхностную энергию мембран.Предложенный метод УФ-инициированной полимеризации in situ позволяет получать сшитые содержащие сульфогруппы полимерные и гибридные полимер-неорганические материалы, обладающие комплексом свойств, обеспечивающих потенциальное их применение в метанольных топливных элементах. Мета роботи – синтезувати полімерні та органо-неорганічні протонопровідні мембрани на основі водорозчинних акрилових мономерів та золь-гель прекурсорів і охарактеризувати їхні властивості. Матеріали, використані для дослідження: акрилонітрил (AN), акрилова кислота (АА), 3-сульфо-пропілакрилат калію (SPAK), тетраетоксисилан (TEOS), 3-метакрилоксипропілтриметоксисилан (МAPTMS), етиленглікольдиметакрилат (EGDMA), 2,2-диметокси-2-фенілацетофенон (DMPA) і ортофосфорна кислота (85 мас. %). Методи дослідження – імпедансна спектроскопія, вимірювання поглинання води та метанолу, лазерна інтерферометрія, SEM.Протонопровідні полімерні та органо-неорганічні мембрани були синтезовані на основі акрилових мономерів та неорганічного компонента кремнезему, отриманого внаслідок золь-гель перетворення прекурсорів – тетраетоксисилану (ТЕОS) і 3-метакрилоксипропілтриметоксисилану (MAPTMS). AA, AN і SPAK були зшиті з допомогою УФ випромінювання у присутності фотоініціатора DMPA і зшиваючого агента EGDMA та одночасної гідролітичної поліконденсації золь-гель прекурсорів. Досліджено кінетику полімеризації in situ методом лазерної інтерферометрії. Характеристика мембран включає морфологію, поглинання метанолу та протонну провідність при різних температурах. Морфологія мембран, досліджена методом SEM, свідчить, що структура матеріалу є однорідною, без тріщин та видимого фазового розділення. Отримані мембрани демонструють низьке поглинання метанолу та високі значення протонної провідності (3.6·10–3–9.6·10–3 См/см), що робить їх перспективними для застосування у паливних елементах. Вимірювання кутів змочування дозволило оцінити вільну поверхневу енергію мембран. Запропонований метод УФ-ініційованої полімеризації in situ дозволяє одержати зшиті сульфовмісні полімерні і гібридні полімер-неорганічні матеріали, які мають комплекс властивостей, що забезпечують потенційне застосування їх у метанольних паливних елементах. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2019-02-27 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/492 10.15407/hftp10.01.038 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 10 No. 1 (2019): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 38-47 Химия, физика и технология поверхности; Том 10 № 1 (2019): Химия, физика и технология поверхности; 38-47 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 10 № 1 (2019): Хімія, фізика та технологія поверхні; 38-47 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp10.01 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/492/494 Copyright (c) 2019 Kh. V. Rymsha, M. M. Zhyhailo, O. I. Demchyna, I. Yu. Yevchuk |
| spellingShingle | органічно-неорганічна мембрана золь-гель метод протонна провідність УФ-затвердження акрилат 3-метакрилоксипропілтриметоксисилан Rymsha, Kh. V. Zhyhailo, M. M. Demchyna, O. I. Yevchuk, I. Yu. Протонопровідні полімерні та органо-неорганічні мембрани |
| title | Протонопровідні полімерні та органо-неорганічні мембрани |
| title_alt | Proton conductive polymer and hybrid polymer-inorganic membranes Протонпроводящие полимерные и органо-неорганические мембраны |
| title_full | Протонопровідні полімерні та органо-неорганічні мембрани |
| title_fullStr | Протонопровідні полімерні та органо-неорганічні мембрани |
| title_full_unstemmed | Протонопровідні полімерні та органо-неорганічні мембрани |
| title_short | Протонопровідні полімерні та органо-неорганічні мембрани |
| title_sort | протонопровідні полімерні та органо-неорганічні мембрани |
| topic | органічно-неорганічна мембрана золь-гель метод протонна провідність УФ-затвердження акрилат 3-метакрилоксипропілтриметоксисилан |
| topic_facet | organic-inorganic membrane sol-gel method proton conductivity UV-curing acrylate 3-metha-cryloxypropyltrimethoxysilane органічно-неорганічна мембрана золь-гель метод протонна провідність УФ-затвердження акрилат 3-метакрилоксипропілтриметоксисилан органо-неорганическая мембрана золь-гель метод протонная проводимость УФ-затвердевание акрилат 3-метакрилоксипропилтриметоксисилан |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/492 |
| work_keys_str_mv | AT rymshakhv protonconductivepolymerandhybridpolymerinorganicmembranes AT zhyhailomm protonconductivepolymerandhybridpolymerinorganicmembranes AT demchynaoi protonconductivepolymerandhybridpolymerinorganicmembranes AT yevchukiyu protonconductivepolymerandhybridpolymerinorganicmembranes AT rymshakhv protonprovodâŝiepolimernyeiorganoneorganičeskiemembrany AT zhyhailomm protonprovodâŝiepolimernyeiorganoneorganičeskiemembrany AT demchynaoi protonprovodâŝiepolimernyeiorganoneorganičeskiemembrany AT yevchukiyu protonprovodâŝiepolimernyeiorganoneorganičeskiemembrany AT rymshakhv protonoprovídnípolímernítaorganoneorganíčnímembrani AT zhyhailomm protonoprovídnípolímernítaorganoneorganíčnímembrani AT demchynaoi protonoprovídnípolímernítaorganoneorganíčnímembrani AT yevchukiyu protonoprovídnípolímernítaorganoneorganíčnímembrani |