[논문]Preparation and Characterization of Proton Conductive Phosphosilicate Membranes Based on Inorganic-Organic Hybrid Materials

Huang, Sheng-Jian; Lee, Hoi-Kwan; Kang, Won-Ho

doi:10.5012/bkcs.2005.26.2.241

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Bulletin of the Korean chemical society, v.26 no.2, 2005년, pp.241 - 247

Huang, Sheng-Jian (Department of New Materials Science & Engineering, Dankook University) , Lee, Hoi-Kwan (Department of New Materials Science & Engineering, Dankook University) , Kang, Won-Ho (Department of New Materials Science & Engineering, Dankook University)

Abstract ▼ AI-Helper

A series of proton conductive inorganic-organic hybrid membranes doped with phosphoric acid ($H_3PO_4$) and/or triethylphosphate (PO(OEt)$_3$) have been prepared by sol-gel process with 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPTMS), 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) and tetraethoxysilane (TEOS) as precursors. High proton conductivity of 3.0 ${\times}$ $10^{-3}$ S/cm with composition of 50TEOS-30GPTMS-20APTES-50$H_3PO_4$ was obtained at 120 ${^{\circ}C}$ under 50% relative humidity. Thermal stability of membrane was significantly enhanced by the presence of SiO$_2$ framework up to 250 ${^{\circ}C}$. XRD revealed that the gels are amorphous. IR spectra showed a good complexation of $H_3PO_4$ in the matrix. The conductivity under 75% relative humidity was significantly improved by addition of APTES due to the increase in concentration of defected site in hybrid matrix. The effect of PO(OEt)$_3$, humidifying time, and heat-treatment were also investigated. PO(OEt)$_3$ had no improvement on conductivity and conductivity increased with humidifying time, however, decreased with heating temperature.

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The inorganic-organic hybrid membrane was fabricated at room temperature under atmospheric pressure by sol-gel process though hydrolysis and condensation of GPTMS (Acros, 97%), TEOS (Acros, 98%), and APTES (Acros, 99%). H₃PO₄ (85% aqueous solution) and PO(OEt)₃ (Sigma-Aldrich, 99.8+%) were used as phosphorous dopants. All the chemicals were used as received.

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