Los científicos han desarrollado una nueva clase de sales orgánicas porosas cristalinas con alta conductividad de protones para aplicaciones como membranas de intercambio de protones para pilas de combustible. Como se informó en la revista Angewandte Chemie , Los canales polares que contienen agua juegan un papel fundamental en la conducción de protones. Aproximadamente a 60 ° C y alta humedad, su conductividad de protones es una de las mejores que se han encontrado hasta ahora en un material poroso.

Los materiales orgánicos porosos son potencialmente útiles para muchas aplicaciones, incluidos los sistemas catalíticos, procesos de separación, y almacenamiento de gas. Aunque estas estructuras en forma de marco varían mucho, tienen una cosa en común:sus componentes están conectados a través de enlaces covalentes. Sales orgánicas porosas, por otra parte, son una nueva clase de materiales con componentes unidos por enlaces iónicos, las fuerzas de atracción entre iones cargados positivamente y negativamente. Son difíciles de producir porque sus poros suelen colapsar; los enlaces iónicos de las sales orgánicas previamente conocidas no son lo suficientemente fuertes para estabilizar una estructura porosa.

Los investigadores que trabajan con Teng Ben en la Universidad de Jilin (Changchun, China) ahora han combinado con éxito bases y ácidos orgánicos para producir sales con enlaces muy fuertes y estructuras cristalinas definidas que forman sistemas de poros estables. Estos sólidos altamente porosos tienen la mayor superficie interna jamás encontrada en una sal orgánica. Los científicos demostraron una correlación significativa entre la fuerza de los enlaces iónicos y la estabilidad de la estructura de los poros.

Los poros de las sales forman canales unidimensionales y pueden retener agua. Las moléculas de agua están unidas entre sí y a los grupos cargados mediante enlaces de hidrógeno. Estos aspectos dan a las sales su conductividad protónica inusualmente alta. Los materiales con alta conductividad de protones se han convertido en el foco de atención porque son buenos electrolitos para las pilas de combustible. En una celda de combustible, dos medias reacciones de una reacción química ocurren mientras están físicamente separadas. La versión más popular utiliza la reacción de oxígeno e hidrógeno para formar agua. En este caso, las dos células deben intercambiar protones (átomos de hidrógeno cargados positivamente) a través de un electrolito, generalmente a través de una membrana de polímero conductor de protones. Los científicos han estado buscando más eficientes, electrolitos robustos. Estas nuevas sales pueden ser candidatas. Son muy estables a temperaturas más altas y su conductividad protónica aumenta a medida que aumenta la temperatura.

En membranas de polímero convencionales, El transporte de protones ocurre a través de canales que contienen agua a través de los cuales los protones dentro de la red se transfieren de una molécula a la siguiente a través de moléculas de agua unidas por hidrógeno. En las sales, el mecanismo de transporte es diferente. Los cálculos indican que los protones se envían a través de los canales por "mensajero":una molécula de agua se une a un protón y se difunde a través del canal, liberando el protón en el otro lado.