[发明专利]主族-稀土异金属簇嵌入的锑钨酸化合物及其制备方法

说明书

本发明公开了一种主族‑稀土异金属簇嵌入的锑钨酸化合物，分子式为H₁₃(HIm)₄K₂Na₄(H₂O)₁₄[Sb^III₉Sb^VLn₃O₁₄(H₂O)₃][(SbW₉O₃₃)₃(PW₉O₃₄)]·26H₂O，Im＝Imidazole，其结构特征为含有主族‑稀土异金属簇{Sb₁₀Ln₃O₁₄(H₂O)₃}的四聚体锑钨酸盐，通过碱金属离子K⁺和Na⁺相互连接可形成具有一维孔道的三维框架结构，孔道中填充了大量质子化的咪唑阳离子和H₃O⁺。本发明同时公开了主族‑稀土异金属簇嵌入的锑钨酸化合物的制备方法以及应用。本发明具有结晶度好，传导效率高，且具有合成工艺简单，产率高等优点，可应用于燃料电池、电化学传感器、超级电容等领域。

技术领域

本发明涉及质子传导材料和晶体材料领域，具体涉及一种主族-稀土异金属簇嵌入的锑钨酸化合物、制备方法及应用。

背景技术

煤炭、石油、天然气等常规不可再生资源在燃烧过程中会产生大量有害物质，造成严重的环境污染、温室效应等。燃料电池(Fuel Cell，FC)是一种具有发电效率高、环境污染少的电化学能量转换装置，将氢、氧、甲醇、天然气等燃料的化学能直接转化为电能的电池技术，又称电化学发电器，其以优异的性能以及对环境友好等特性被称为是第四代发电技术。燃料电池的主要构成组件为：电极、电解质隔膜与集电器等，其原理是一种电化学装置，即原电池工作原理，等温的把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，因而实际过程是氧化还原反应。质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其相对较低的工作温度和快速启动和关闭周期而成为便携式电子设备和发电站电力应用中最有前途的燃料电池之一。质子交换膜(Proton Exchange Membrane，PEM)作为质子交换膜燃料电池(PEMFC)中非常重要一个组成部分，起到了质子迁移和运输的关键作用,其材料性能将直接影响燃料电池的应用性能和使用寿命(工作原理图如图1所示)。质子交换膜(PEM)应设计为具有高质子电导率(10^-2S cm^-1)以促进质子扩散和良好的化学稳定性，以在不同的操作条件下保持其结构完整性。传统的Nafion膜因其成本高、工作温度低(低于80℃)而受到限制。因此，研究开发高性能的质子传导材料对燃料电池性能的提高具有极其重要的意义。用作PEM上的质子传导材料应该满足以下基本条件：(1)具有良好的质子导电率；(2)材料稳定性高；(3)制备成本低，价格适当；(4)制备工艺简单，产率高等。目前为止，一些优良的质子导体材料已经被报道,如:高分子聚合物质子导体材料、金属有机框架质子导体材料、碳基材料质子导体材料和无机材料质子导体材料等。