一种新型二维层状钒焦磷酸盐的水热合成：该材料具有多通道结构及卓越的质子传输性能

《Applied Organometallic Chemistry》：Hydrothermal Synthesis of a Novel 2D-Layered Vanadium Pyrophosphate With Multi-Channel and Outstanding Proton Transport Properties

质子传导材料设计与性能研究，通过水热法合成二维层状钒基磷酸盐[(C6H14N2)(VO(P2O7)2)]，其结构由一维[VO(P2O7)2]^2?链与质子化阳离子通过氢键组装，形成具有多孔通道的层状框架。实验表明该材料在50°C和100% RH条件下质子电导率达3.3×10^-4 S/cm，与Nafion复合后显著提升电化学响应峰强度，活化能分析揭示其质子传导机制为车辆型传导。

　　

摘要

一种新型的钒焦磷酸盐化合物（化学式为 (C₆H₁₄N₂)[(VO)P₂O₇]，记为 1）通过一步水热法在 180°C 下成功合成。该化合物具有独特的二维（2D）层状结构，这种结构是由螺旋形的一维（1D）[(VO)P₂O₇]^2? 阴离子链与质子化的 C₆H₁₄N₂²⁺ 阳离子相互连接形成的。结构分析表明，1D 链是通过 VO₅ 正方形金字塔和 P₂O₇ 焦磷酸盐单元的角共享方式构建的。质子化的阳离子通过氢键作用与这些链进一步结合，形成了一个二维框架，该框架沿晶体学的 c、b 和 a 轴分别具有菱形、花状和矩形通道。值得注意的是，这种氢键网络促进了高效的质子传导，在 50°C 和 100% 相对湿度（RH）条件下，其电导率为 3.3 × 10^?4 S cm^?1。电化学研究表明，与纯 Nafion 膜相比，1/Nafion 复合物在循环伏安法（CV）中的氧化还原峰强度显著增强，这清楚地证明了其作为质子传导介质的有效性。此外，质子传输机制被确定为一种“车辆型”过程，这一结论得到了阿伦尼乌斯（Arrhenius）分析得出的 1.66 eV 激活能的支持。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。