Protonenleitende Komposit-Membranen für zukunftsorientierte Anwendungen in Brennstoffzellen, Entsalzungsanlagen und in der Photokatalyse
Proton-Conducting Composite Membranes for Future Perspective Applications in Fuel Cells, Desalination Facilities and Photocatalysis
Dr. Roland Marschall
Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Technische Chemie, Universitätsstraße 150, 44801 Bochum, Germany
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Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Technische Chemie, Universitätsstraße 150, 44801 Bochum, Germany
Leibniz Universität Hannover, Institut für Physikalische Chemie und Elektrochemie, Callinstraße 3a, 30167 Hannover, Germany
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Prof. Michael Wark
Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Technische Chemie, Universitätsstraße 150, 44801 Bochum, Germany
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deAnorganische Füllmaterialien dienen oft der Verbesserung der mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften von Polymermembranen. Im Falle protonenleitender Polymere ist es dabei allerdings gleichzeitig nötig, die Protonenleitung der Matrix zu unterstützen bzw. wenigstens nicht zu stören. Durch geeignete Kombinationen aus Polymer und Füllermaterial können so effektive und sehr gut leitfähige Komposit-Membranen hergestellt werden. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die möglichen Anwendungen einer speziellen protonenleitenden Komposit-Membran, die funktionalisierte SiO2-Partikel mit geordneter Mesoporosität enthält, in Brennstoffzellen, zur Entsalzung von Wasser und in der Photokatalyse.
Abstract
enInorganic filler materials are often incorporated into polymer membranes to improve their mechanical, thermal and chemical stabilities. In case of proton-conducting polymers, however, it is necessary to support or at least not to disturb the proton-conducting matrix. By suitable combination of polymer and filler, effective and highly conductive composite membranes can be prepared. This article gives an overview of the possible applications of a special kind of such proton-conducting composite membranes containing functionalized SiO2 particles with ordered mesoporosity in fuel cell, in desalination and in photocatalysis.
References
- 1 N. S. Lewis, G. Crabtree, A. J. Nozik, M. R. Wasielewski, A. P. Alivisatos, Basic Research Needs for Solar Energy Utilization, Report of the Basic Energy Sciences Workshop on Solar Energy Utilization, Argonne National Laboratory, Argonne, IL 2005.
- 2 Q. Li, R. He, J. O. Jensen, N. J. Bjerrum, Chem. Mater. 2003, 15, 4896.
- 3 C. J. D. de Grotthuss, Ann. Chim. 1806, 58, 54.
- 4 K. D. Kreuer, Solid State Ionics 2000, 136, 149.
- 5 B. Smitha, S. Sridhar, A. A. Khan, J. Membr. Sci. 2005, 259, 10.
- 6 S. M. J. Zaidi, S. D. Mikhailenko, G. P. Robertson, M. D. Guiver, S. Kaliaguine, J. Membr. Sci. 2000, 173, 17.
- 7 M. Horgarth, X. Glipta, High Temperature Membranes for Solid Polymer Fuel Cells, Report, June 2001.
- 8 I. Gautier-Luneau, A. Denoyelle, J. Y. Sanchez, C. Ponsignon, Electrochim. Acta 1992, 37, 1615.
- 9 M. Jeske, C. Soltmann, C. Ellenberg, M. Wilhelm, D. Koch, G. Grathwohl, Fuel Cells 2007, 1, 40.
- 10 J. Weber, K. D. Kreuer, J. Maier, A. Thomas, Adv. Mater 2008, 20, 2595.
- 11 K. D. Kreuer, A. Fuchs, M. Ise, M. Spaeth, J. Maier, Electrochim. Acta 1998, 43, 1281.
- 12 D. Gomes, J. Roeder, M. L. Ponce, S. P. Nunes, J. Power Sources 2008, 175, 49.
- 13 C. Laberty-Robert, K. Vallé, F. Pereira, C. Sanchez, Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 961.
- 14 S. M. J. Zaidi, M. I. Ahmad, J. Membr. Sci. 2006, 279, 548.
- 15 S. D. Mikhailenko, S. M. J. Zaidi, S. Kaliaguine, Catal. Today 2001, 67, 225.
- 16 V. S. Silva, B. Ruffmann, H. Silva, V. B. Silva, A. Mendes, L. M. Madeira, S. Nunes, J. Membr. Sci. 2006, 284, 137.
- 17 G. Alberti, M. Casciola, A. Donnadio, R. Narducci, M. Pica, M. Sganappa, Desalination 2006, 199, 280.
- 18 B. P. Ladewig, R. B. Knott, A. J. Hill, J. D. Riches, J. W. White, D. J. Martin, J. C. Diniz da Costa, G. Q. Lu, Chem. Mater. 2007, 19, 2372.
- 19 M. T. Colomer, F. Rubio, J. R. Jurado, J. Power Sources 2007, 167, 53.
- 20 R. Scheffler, A. Huth, G. Hübner, R. Marschall, J. Caro, M. Wark, Chem. Ing. Tech. 2007, 79, 2035.
- 21 C. T. Kresge, M. E. Leonowicz, W. J. Roth, J. C. Vartuli, J. S. Beck, Nature 1992, 359, 710.
- 22 R. Marschall, I. Bannat, J. Caro, M. Wark, Microporous Mesoporous Mater. 2007, 99, 190.
- 23 M. Sharifi, R. Marschall, M. Wilhelm, D. Wallacher, M. Wark, Langmuir 2011, 27, 5516.
- 24 R. Marschall, J. Rathousky�, M. Wark, Chem. Mater. 2007, 19, 6401.
- 25 R. Marschall, P. Tölle, W. Cavalcanti, M. Wilhelm, C. Köhler, T. Frauenheim, M. Wark, J. Phys. Chem. C 2009, 113, 19218.
- 26 R. Marschall, M. Sharifi, M. Wark, Microporous Mesoporous Mater. 2009, 123, 21.
- 27 Y. G. Jin, S. Z. Qiao, Z. P. Xu, J. C. Diniz da Costa, G. Q. Lu, J. Phys. Chem. C 2009, 113, 3157.
- 28 W. Cavalcanti, R. Marschall, P. Tölle, C. Köhler, M. Wark, T. Frauenheim, Fuel Cells 2008, 8, 244.
- 29 R. Marschall, I. Bannat, A. Feldhoff, L. Wang, G. Q. Lu, M. Wark, Small 2009, 5, 854.
- 30 T. Asefa, M. J. MacLachlan, N. Coombs, G. A. Ozin, Nature 1999, 402, 867.
- 31 S. Inagaki, S. Guan, Y. Fukushima, T. Ohsuna, O. Terasaki, J. Am.Chem. Soc. 1999, 121, 9611.
- 32 M. Sharifi, C. Köhler, P. Tölle, T. Frauenheim, M. Wark, Small 2010, 7, 1086.
- 33 Y. G. Jin, S. Z. Qiao, L. Zhang, Z. P. Xu, S. Smart, J. C. Diniz da Costa, G. Q. Lu, J. Power Sources 2008, 185, 664.
- 34 M. Wilhelm, M. Jeske, R. Marschall, W. Cavalcanti, P. Tölle, C. Köhler, D. Koch, T. Frauenheim, G. Grathwohl, J. Caro, M. Wark, J. Membr. Sci. 2008, 316, 164.
- 35 D. Gomes, R. Marschall, S. P. Nunes, M. Wark, J. Membr. Sci. 2008, 322, 406.
- 36 D. Lu, H. Zou, R. Guan, H. Dai, L. Lu, Polym. Bull. 2005, 54, 21.
- 37 H. Dai, R. Guan, C. Li, J. Liu, Solid State Ionics 2007, 178, 339.
- 38a J. Choi, K. M. Lee, R. Wycisk, P. N. Pintauro, P. T. Matherc, J. Electrochem. Soc. 2010, 157, B154.
- 38b V. K. Shahi, Solid State Ionics 2007, 177, 3395.
- 38c R. K. Nagarale, W. Shin, P. K. Singh, Polym. Chem. 2009, 1, 388.
- 38d L. Li, Y. Wang, J. Power Sources 2006, 162, 541.
- 38e C. L. Buquet, K. Fatyeyeva, F. Poncin-Epaillard, P. Schaetzel, E. Dargent, D. Langevin, Q. T. Nguyen, S. Marais, J. Membr. Sci. 2010, 351, 1.
- 39 C. Klaysom, R. Marschall, L. Z. Wang, B. P. Ladewig, G. Q. Lu, J. Mater. Sci. 2010, 20, 4669.
- 40 C. Klaysom, R. Marschall, S.-H. Moon, B. P. Ladewig, G. Q. Lu, L. Z. Wang, J. Mater. Sci. 2011, 21, 7401.
- 41 A. Fujishima, K. Honda, Nature 1972, 238, 37.
- 42 X. Chen, S. Shen, L. Guo, S. S. Mao, Chem. Rev. 2010, 110, 6503.
- 43 X. Chen, S. S. Mao, Chem. Rev. 2007, 107, 2891.
- 44 A. Kudo, Y. Miseki, Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 253.
- 45 M. Grätzel, Nature 2001, 414, 338.
- 46 K. Fujihara, T. Ohno, M. Matsumura, J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1998, 94, 3705.
- 47 M. Kitano, M. Takeuchi, M. Matsuoka, J. M. Thomas, M. Anpo, Catal. Today 2007, 120, 133.
- 48 E. Selli, G. L. Chiarello, E. Quartarone, P. Mustarelli, I. Rosetti, L. Forni, Chem. Commun. 2007, 5022.
- 49 M. Antoniadou, P. Bouras, N. Strataki, P. Lianos, Int. J. Hydrogen Energy 2008, 33, 5045.
- 50 B. Seger, P. V. Kamat, J. Phys. Chem. C 2009, 113, 18946.
- 51 E. Spohr, P. Commer, A. A. Kornyshev, J. Phys. Chem. B 2002, 106, 10560.