Синтезированы соединения с частичным замещением в CsH 2 PO 4 катионов Cs + катионами Ba 2+ . Впервые проведены исследования структурных, электротранспортных, термодинамических свойств Cs 1−2x Bax H 2 PO 4 (x = 0−0.15) с помощью комплекса физико-химических методов: инфракрасной и импедансной спек-троскопии, рентгенофазового и синхронного термического анализа. Методом импедансометрии детально исследована протонная проводимость Cs 1−2x Bax H 2 PO 4 при 50−230• C. Показано, что в диапазоне степеней замещения x = 0−0.1 наблюдается образование твердых растворов замещения, изоструктурных CsH 2 PO 4 (P2 1 /m), с незначительным уменьшением параметров элементарной ячейки и некоторой долей аморфизации соли. Проводимость разупорядоченной Cs 1−2x Bax H 2 PO 4 в низкотемпературной области увеличивается на два порядка величины при x = 0.02 и возрастает с ростом доли катионов бария на три-четыре порядка при x = 0.05−0.1; cуперионный фазовый переход практически исчезает. При x = 0.15 образуются гетерофазные системы на основе солей, демонстрирующие высокую проводимость и дальнейшее снижение энергии активации проводимости до 0.63 eV. Проводимость высокотемпературной фазы Cs 1−2x Bax H 2 PO 4 практически не изменяется с ростом доли заместителя.
ВведениеCsH 2 PO 4 в суперионной фазе является одним из наиболее высокопроводящих протонных твердых элект-ролитов семейства кислых солей M n H m (XO 4 ) p , где n = 1−5, m = 1−5, p = 1−5. Протонные мембраны на основе CsH 2 PO 4 с проводимостью 10 −2 S/cm, интен-сивно исследуемые и разрабатываемые в настоящее время, могут быть использованы в различных элек-трохимических устройствах для электрокатализа, раз-деления газов, сенсорах и топливных элементах (ТЭ). Изучение и разработка среднетемпературных ТЭ с про-тонной мембраной из CsH 2 PO 4 проводятся чуть бо-лее 10 лет [1][2][3][4][5]. В настоящее время при использо-вании мембран толщиной до 20 µm достигнуты высо-кие разрядные характеристики в среднетемпературных водородных и метанольных ТЭ [4,5]. Однако имеет-ся ряд проблем фундаментального и технологического плана, в том числе вопросов, связанных с механи-ческими свойствами тонких мембран и нарушением высокопористой микроструктуры катода. ТЭ функци-онируют при температурах ∼ 250• C при содержании паров воды не менее ∼ 0.3 atm, что обусловлено уз-кой областью существования высокотемпературной (ВТ) фазы CsH 2 PO 4 и необходимостью подавления процес-са дегидратации соли при температурах выше точки суперионного фазового перехода при 230• C. Согласно фазовой диаграмме, CsH 2 PO 4 является стабильным при температурах ниже 230• C при значительно более низких парциальных давлениях паров воды [6]. Поэтому при снижении рабочих температур имеется возможность функционирования устройства при низких парциальных давлениях паров воды. Свойства солей данного семей-ства во многом определяются системой водородных связей, ее симметричностью, размерностью, степенью разупорядочения и энергией связи. Суперионная фаза характеризуется структурным разупорядочением систе-мы водородных связей, где число кристаллографич...