6
2
4
3
2
4
4
Способ получения сложного гидросульфатфосфата цезия состава Cs(HSO)(HPO)
6
2
4
3
2
4
4
METHOD OF PRODUCING COMPLEX CESIUM HYDROSULFATE PHOSPHATE OF COMPOSITION Cs (HSO) (HPO)

6
2
4
3
2
4
4
6
2
4
3
2
4
4
Изобретение относится к неорганической химии, в частности к синтезу нового гидросульфатфосфата цезия состава Cs(HSO)(HPO), состав соединения подтвержден результатами прецизионного рентгеноструктурного анализа. Соединение Cs(HSO)(HPO) может быть использовано в качестве твердого протонпроводящего материала.
4
6
2
4
3
2
4
4
4
4
В качестве твердого протонпроводящего материала может использоваться гидросульфат цезия CsHSO, который отличается от соединения Cs(HSO)(HPO) более высокой температурой фазового перехода (141°C) и меньшими значениями проводимости при повышенных температурах [Nardy Т., Friesel М., Melander В.Е. Proton and deuteron conductivity in CsHSO and CsDSO by in situ isotopic exchange. Solid State Ionics 77 (1995) 105-110].
3
4
2
2
4
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является гидросульфат цезия с формулой Cs(HSO)(HPO).
3
4
2
2
4
3
4
2
2
4
-3
-1
-1
Однако соединение Cs(HSO)(HPO) претерпевает фазовый переход при более высокой температуре (~119°C) и проявляет меньшие значения проводимости при этой температуре (6,3⋅10 Ом см) [Haile S.M. et.al. Superprotonic conductivity in Cs(HSO)(HPO). Solid State Ionics 77 (1995) 128-134].
6
2
4
3
2
4
4
Задачей изобретения является создание эффективного способа получения гидросульфатфосфата цезия состава Cs(HSO)(HPO).
6
2
4
3
2
4
4
Технический результат изобретения - получение сложного гидросульфатфосфата цезия состава Cs(HSO)(HPO), обладающего большим значением протонной проводимости и меньшим значением температуры фазового перехода.
6
2
4
3
2
4
4
4
2
4
5
4
2
Поставленные техническая задача и технический результат достигаются тем, что получение сложного гидросульфатфосфата цезия состава Cs(HSO)(HPO) в виде поликристаллического порошка выполняют методом твердофазного синтеза из шихты с мольным соотношением CsHSO:CsHPO:CsH(PO), равным 3:2:1, при температуре 60-90°C.
6
2
4
3
2
4
4
6
2
4
3
2
4
4
-1
-1
Соединение Cs(HSO)(HPO) проявляет суперпротонные свойства и обратимый воспроизводимый суперпротонный фазовый переход при температуре ~115°C. Значение проводимости при температуре 125°C достигает 1 Ом см. Соединение Cs(HSO)(HPO) химически устойчиво до температуры 140°C, что подтверждается результатами рентгенофазового анализа образцов до и после нагрева.
На чертежах представлены результаты экспериментов.
6
2
4
3
2
4
4
Фиг. 1 - Температурная зависимость проводимости соединения Cs(HSO)(HPO).
6
2
4
3
2
4
4
Фиг. 2 - Сравнение порошковых дифрактограмм соединения Cs(HSO)(HPO) перед циклом нагрев-охлаждение (1) и после нагрева до 140°C с выдержкой 8 часов и последующим охлаждением.
6
2
4
3
2
4
4
Пример получения сложного гидросульфатфосфата цезия состава Cs(HSO)(HPO) в виде поликристаллического порошка.
6
2
4
3
2
4
4
4
2
4
5
4
2
Для получения 15 г поликристаллического порошка соединения Cs(HSO)(HPO) была приготовлена шихта состава CsHSO - 7 г, CsHPO - 4,5 г, CsH(PO) - 3,5 г, затем шихта истиралась (вручную или в шаровой мельнице). Подготовленную шихту подвергали непрерывному отжигу при 90°C в течение 200 часов.
6
2
4
3
2
4
4
Полученные экспериментальные результаты измерения температурной зависимости проводимости и проверки химической устойчивости соединения Cs(HSO)(HPO) при температуре выше температуры фазового перехода указывают на применимость предложенного соединения в качестве среднетемпературного твердого протонпроводящего материала.
6
2
4
3
2
4
4
6
2
4
3
2
4
4
Предложенный способ получения соединения Cs(HSO)(HPO) применим как в лабораторной практике, так и в промышленности, например, сложный гидросульфатфосфат цезия состава Cs(HSO)(HPO) может применяться в качестве суперпротонного проводника во многих областях техники (топливные элементы и ячейки, протонные насосы, газоанализаторы, конденсаторы и т.д.).