Wetenschappers hebben een nieuwe klasse van kristallijne poreuze organische zouten ontwikkeld met een hoge protongeleidbaarheid voor toepassingen zoals protonenuitwisselingsmembranen voor brandstofcellen. Zoals gerapporteerd in het journaal Angewandte Chemie , polaire kanalen die water bevatten, spelen een cruciale rol bij de geleiding van protonen. Bij ongeveer 60 °C en een hoge luchtvochtigheid, hun protongeleiding is een van de beste die tot nu toe in een poreus materiaal is gevonden.

Poreuze organische materialen zijn potentieel nuttig voor vele toepassingen, inclusief katalytische systemen, scheidingsprocessen, en gasopslag. Hoewel deze raamwerkachtige structuren sterk variëren, ze hebben één ding gemeen:hun componenten zijn verbonden via covalente bindingen. Poreuze organische zouten, anderzijds, zijn een nieuwe klasse van materialen met componenten die bij elkaar worden gehouden door ionische bindingen, de aantrekkingskracht tussen positieve en negatief geladen ionen. Ze zijn een uitdaging om te produceren omdat hun poriën meestal instorten; de ionische bindingen van eerder bekende organische zouten zijn niet sterk genoeg om een ​​poreuze structuur te stabiliseren.

Onderzoekers werken met Teng Ben aan de Jilin University (Changchun, China) hebben nu met succes organische basen en zuren gecombineerd om zouten te produceren met zeer sterke bindingen en gedefinieerde kristallijne structuren die stabiele poriesystemen vormen. Deze zeer poreuze vaste stoffen hebben het hoogste binnenoppervlak dat ooit in een organisch zout is gevonden. De wetenschappers toonden een significante correlatie aan tussen de sterkte van de ionische bindingen en de stabiliteit van de poriestructuur.

De poriën in de zouten vormen eendimensionale kanalen en kunnen water vasthouden. De watermoleculen zijn aan elkaar en aan de geladen groepen gebonden door middel van waterstofbinding. Deze aspecten geven de zouten hun ongewoon hoge protongeleidbaarheid. Materialen met een hoge protongeleidbaarheid staan ​​in de belangstelling omdat het goede elektrolyten zijn voor brandstofcellen. In een brandstofcel, twee halve reacties van een chemische reactie vinden plaats terwijl ze fysiek gescheiden zijn. De meest populaire versie gebruikt de reactie zuurstof en waterstof om water te vormen. In dit geval, de twee cellen moeten protonen (positief geladen waterstofatomen) uitwisselen via een elektrolyt, meestal via een protongeleidend polymeermembraan. Wetenschappers zijn op zoek naar efficiëntere, robuuste elektrolyten. Deze nieuwe zouten kunnen kandidaten zijn. Ze zijn zeer stabiel bij hogere temperaturen en hun protongeleidingsvermogen neemt toe naarmate de temperatuur stijgt.

In conventionele polymeermembranen, protonentransport vindt plaats via waterhoudende kanalen waardoor de protonen in het netwerk van het ene molecuul naar het andere worden overgebracht via waterstofgebonden watermoleculen. In de zouten, het transportmechanisme is anders. Berekeningen geven aan dat de protonen per "koerier" door de kanalen worden gestuurd:een watermolecuul bindt een proton en diffundeert door het kanaal, het proton aan de andere kant vrijgeven.