Nafion

Le ® de Nafion est un copolymère sulfonaté de tetrafluorethylene découvert vers la fin des années 60 par Walther Grot de Dupont de Nemours. C'est le premier d'une classe des polymères synthétiques avec les propriétés ioniques qui s'appellent les ionomères de les propriétés ioniques uniques que de Nafion sont un résultat d'incorporer des groupes d'éther de perfluorovinyl terminés avec des groupes de sulfonate sur une épine dorsale de tétrafluoroéthylène (teflon ). Nafion a suscité une quantité considérable d'attention comme conducteur de proton de pour les piles à combustible de combustible de membrane d'échange (PEM) de proton en raison de son excellente stabilité thermique et mécanique.

La base chimique des propriétés conductrices supérieures de Nafion demeurent un centre de recherche. Les protons sur le SO₃H (acide sulfonique ) groupe le " ; hop" ; d'un emplacement acide à l'autre. Les pores permettent le mouvement des cations mais les membranes ne conduisent pas les anions ou les électrons Nafion de peuvent être fabriqués avec de diverses conductivités cationiques.

Nomenclature et poids moléculaire

Nafion peut être produit comme résine de poudre et copolymère et a donc acquis plusieurs noms du IUPAC . Nafion-H, par exemple, inclut les noms systématiques suivants :
Du le produit chimique soustrait : fluorure d'ethanesulfonyl, 2 méthyle] - 1,2,2,2-tetrafluoroethoxy] - 1.2, - tetrafluoro-, avec du tétrafluoroéthylène
copolymère d'acide de tetrafluoroethylene-perfluoro-3,6-dioxa-4-methyl-7-octenesulfonic

Le poids moléculaire de Nafion est dû incertain aux différences dans la morphologie de traitement et de solution.

Le produit en résultant est - le thermoplastique de SO₂F-containing qui est a expulsé dans des films. Le NaOH aqueux chaud convertit ces le fluorure sulfonyle (- SO₂F) des groupes dans des groupes de sulfonate (- SO₃^-Na⁺). Cette forme de Nafion, désignée sous le nom de la forme de neutre ou de sel, est finalement convertie en forme acide contenant l'acide sulfonique (- SO₃H) des groupes. Nafion peut être moulé dans les couches minces par la chauffage en alcool aqueux au °C 250 dans un autoclave . Par ce processus, Nafion peut être employé pour produire des films, des électrodes de manteau ou de la réparation composées les membranes endommagées. À cet égard Nafion ressemble à l'acide , CF₃SO₃H de Trifluoromethanesulfonic de , bien que Nafion soit un acide plus faible par au moins trois ordres de grandeur.
Il est sélectivement et fortement perméable pour arroser. Le degré d'hydratation de la membrane de Nafion affecte directement sa conductivité d'ion et morphologie globale.

Structure/morphologie

La morphologie des membranes de Nafion est une question de l'étude continue à tenir compte d'une plus grande commande sur ses propriétés. D'autres propriétés doivent être liées à la structure de Nafion telle que la gestion de l'eau, stabilité d'hydratation à températures élevées, la drague électro-osmotique , aussi bien que la stabilité mécanique, thermique, et oxydante.

Le premier modèle pour Nafion, appelé le Faisceau-Canal ou le modèle de Faisceau-Réseau de , composé une distribution égale d'ion de sulfonate groupe (également décrit comme « a inversé des micelles »

La difficulté en déterminant la structure exacte de Nafion provient de la solubilité contradictoire et de la structure cristalline parmi ses divers dérivés. Les modèles morphologiques avancés ont inclus un modèle de noyau-coquille de où le noyau ion-riche est entouré par une coquille pauvre d'ion, un modèle de tige de où les groupes sulfoniques arrangent dans cristal-comme des tiges, et un modèle de sandwich à où le polymère forme deux couches dont les groupes sulfoniques attirent à travers une couche aqueuse où le transport se produit. Nafion est également souvent cité pour le potentiel théorique (c., jusqu'ici non essayé) dans un certain nombre de domaines. Avec la considération de la fonctionnalité large de Nafion, seulement le plus significatif sera discuté ci-dessous.

membrane de cellules de production de Chlor-alcali

L'hydroxyde de chlore et de sodium/potassium sont parmi les produits chimiques les plus produits des produits aux Etats-Unis. Les méthodes de production modernes produisent Cl₂ et NaOH/KOH à partir de l'électrolyse de la saumure using une membrane de Nafion entre les half-cells. Avant que l'utilisation de Nafion, industries ait employé l'amalgame mercuriel de sodium pour séparer le métal de sodium des cellules ou des diaphragmes de l'amiante pour tenir compte du transfert des ions de sodium entre demi de cellules ; les deux technologies ont été développées dans la dernière moitié du 19ème siècle. Les inconvénients de ces systèmes est sûreté d'ouvrier et les soucis environnementaux liés au mercure et à l'amiante, bien que les facteurs économiques aient également joué une cloison Nafion étaient le résultat direct de l'industrie de chlor-alcali abordant ces soucis ; Nafion a pu tolérer les températures, les courants électriques élevés, et l'environnement corrosif des cellules électrolytiques.

L'acylation
de que la quantité de Nafion-H a dû catalyser l'acylation du benzène avec du chlorure d'aroyl est 10-30% moins que le catalyseur de Friedel-Métiers :.

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