Изобретение относится к неорганической химии, в частности к синтезу нового гидросульфатфосфата цезия состава Cs6(H2SO4)3(H2PO4)4, состав соединения подтвержден результатами прецизионного рентгеноструктурного анализа. Соединение Cs6(H2SO4)3(H2PO4)4 может быть использовано в качестве твердого протонпроводящего материала.
В качестве твердого протонпроводящего материала может использоваться гидросульфат цезия CsHSO4, который отличается от соединения Cs6(H2SO4)3(H2PO4)4 более высокой температурой фазового перехода (141°C) и меньшими значениями проводимости при повышенных температурах [Nardy Т., Friesel М., Melander В.Е. Proton and deuteron conductivity in CsHSO4 and CsDSO4 by in situ isotopic exchange. Solid State Ionics 77 (1995) 105-110].
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является гидросульфат цезия с формулой Cs3(HSO4)2(H2PO4).
Однако соединение Cs3(HSO4)2(H2PO4) претерпевает фазовый переход при более высокой температуре (~119°C) и проявляет меньшие значения проводимости при этой температуре (6,3⋅10-3 Ом-1 см-1) [Haile S.M. et.al. Superprotonic conductivity in Cs3(HSO4)2(H2PO4). Solid State Ionics 77 (1995) 128-134].
Задачей изобретения является создание эффективного способа получения гидросульфатфосфата цезия состава Cs6(H2SO4)3(H2PO4)4.
Технический результат изобретения - получение сложного гидросульфатфосфата цезия состава Cs6(H2SO4)3(H2PO4)4, обладающего большим значением протонной проводимости и меньшим значением температуры фазового перехода.
Поставленные техническая задача и технический результат достигаются тем, что получение сложного гидросульфатфосфата цезия состава Cs6(H2SO4)3(H2PO4)4 в виде поликристаллического порошка выполняют методом твердофазного синтеза из шихты с мольным соотношением CsHSO4:CsH2PO4:CsH5(PO4)2, равным 3:2:1, при температуре 60-90°C.
Соединение Cs6(H2SO4)3(H2PO4)4 проявляет суперпротонные свойства и обратимый воспроизводимый суперпротонный фазовый переход при температуре ~115°C. Значение проводимости при температуре 125°C достигает 1 Ом-1 см-1. Соединение Cs6(H2SO4)3(H2PO4)4 химически устойчиво до температуры 140°C, что подтверждается результатами рентгенофазового анализа образцов до и после нагрева.
На чертежах представлены результаты экспериментов.
Фиг. 1 - Температурная зависимость проводимости соединения Cs6(H2SO4)3(H2PO4)4.
Фиг. 2 - Сравнение порошковых дифрактограмм соединения Cs6(H2SO4)3(H2PO4)4 перед циклом нагрев-охлаждение (1) и после нагрева до 140°C с выдержкой 8 часов и последующим охлаждением.
Пример получения сложного гидросульфатфосфата цезия состава Cs6(H2SO4)3(H2PO4)4 в виде поликристаллического порошка.
Для получения 15 г поликристаллического порошка соединения Cs6(H2SO4)3(H2PO4)4 была приготовлена шихта состава CsHSO4 - 7 г, CsH2PO4 - 4,5 г, CsH5(PO4)2 - 3,5 г, затем шихта истиралась (вручную или в шаровой мельнице). Подготовленную шихту подвергали непрерывному отжигу при 90°C в течение 200 часов.
Полученные экспериментальные результаты измерения температурной зависимости проводимости и проверки химической устойчивости соединения Cs6(H2SO4)3(H2PO4)4 при температуре выше температуры фазового перехода указывают на применимость предложенного соединения в качестве среднетемпературного твердого протонпроводящего материала.
Предложенный способ получения соединения Cs6(H2SO4)3(H2PO4)4 применим как в лабораторной практике, так и в промышленности, например, сложный гидросульфатфосфат цезия состава Cs6(H2SO4)3(H2PO4)4 может применяться в качестве суперпротонного проводника во многих областях техники (топливные элементы и ячейки, протонные насосы, газоанализаторы, конденсаторы и т.д.).
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| Композитный протонопроводящий материал и способ его получения | 2018 |
|
RU2703246C1 |
| Композиционный полимерный электролит на основе дигидрофосфата цезия и фторопласта-2 М и способ его получения | 2023 |
|
RU2821329C1 |
| Твердооксидный электролитный материал с протонной проводимостью на основе индата бария-лантана | 2022 |
|
RU2789752C1 |
| ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ДАТЧИКА ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ ВОДОРОДА В ВОЗДУХЕ | 1992 |
|
RU2038592C1 |
| Твердооксидный электролитный материал с протонной проводимостью на основе празеодим-замещенного индата бария-лантана | 2023 |
|
RU2800229C1 |
| Твердооксидный электролитный материал с протонной проводимостью на основе индата бария-лантана | 2022 |
|
RU2789751C1 |
| Твердооксидный электролитный материал с протонной проводимостью на основе индата бария-неодима | 2023 |
|
RU2794192C1 |
| Твердооксидный электролитный материал с протонной проводимостью на основе фосфор-допированного цирконата кальция | 2022 |
|
RU2801690C1 |
| Твердооксидный электролитный материал с протонной проводимостью на основе индата бария-лантана, допированного иттрием | 2023 |
|
RU2800973C1 |
| Твердооксидный электролитный материал с протонной проводимостью на основе алюмо-индата бария | 2023 |
|
RU2807675C1 |
Изобретение относится к неорганической химии, в частности к синтезу сложного гидросульфатфосфата цезия состава Cs6(H2SO4)3(H2PO4)4, который может быть использован в качестве среднетемпературного твердого протонпроводящего материала. Cs6(H2SO4)3(H2PO4)4 получают методом твердофазного синтеза из шихты с мольным соотношением CsHSO4:CsH2PO4:CsH5(PO4)2, равным 3:2:1, при температуре 60-90°C. Полученный Cs6(H2SO4)3(H2PO4)4 в виде поликристаллического порошка обладает большим значением протонной проводимости и меньшим значением температуры фазового перехода. 2 ил.
Способ получения сложного гидросульфатфосфата цезия состава Cs6(H2SO4)3(H2PO4)4 в виде поликристаллического порошка методом твердофазного синтеза из шихты с мольным соотношением CsHSO4:CsH2PO4:CsH5(PO4)2, равным 3:2:1, при температуре 60-90°C.
| RU 2481427 С1, 10.05.2013 | |||
| KOMORNIKOV, V | |||
| et al, Study of phase equilibria in the RbH(SO)-RbHPO-HO system, "Crystallography Reports",2015, Vol | |||
| Способ получения молочной кислоты | 1922 |
|
SU60A1 |
| КОМОРНИКОВ В.А | |||
| и др., СИНТЕЗ СЛОЖНЫХ ГИДРОСУЛЬФАТФОСФАТОВ ЦЕЗИЯ, "ЖУРНАЛ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ", 2012, Том 57, Номер 4, стр.540. | |||
