Les scientifiques ont développé une nouvelle classe de sels organiques poreux cristallins à haute conductivité protonique pour des applications telles que les membranes échangeuses de protons pour les piles à combustible. Comme indiqué dans le journal Angewandte Chemie , les canaux polaires qui contiennent de l'eau jouent un rôle essentiel dans la conduction des protons. A environ 60 °C et une humidité élevée, leur conductivité protonique est l'une des meilleures jamais trouvées dans un matériau poreux.

Les matériaux organiques poreux sont potentiellement utiles pour de nombreuses applications, y compris les systèmes catalytiques, procédés de séparation, et stockage de gaz. Bien que ces structures de type cadre varient considérablement, ils ont une chose en commun :leurs composants sont reliés par des liaisons covalentes. Sels organiques poreux, d'autre part, sont une nouvelle classe de matériaux avec des composants maintenus ensemble par des liaisons ioniques, les forces d'attraction entre les ions chargés positivement et négativement. Ils sont difficiles à produire car leurs pores s'effondrent généralement; les liaisons ioniques des sels organiques précédemment connus ne sont pas assez fortes pour stabiliser une structure poreuse.

Des chercheurs travaillant avec Teng Ben à l'Université de Jilin (Changchun, Chine) ont maintenant combiné avec succès des bases organiques et des acides pour produire des sels avec des liaisons très fortes et des structures cristallines définies qui forment des systèmes de pores stables. Ces solides très poreux ont la surface interne la plus élevée jamais trouvée dans un sel organique. Les scientifiques ont démontré une corrélation significative entre la force des liaisons ioniques et la stabilité de la structure des pores.

Les pores des sels forment des canaux unidimensionnels et peuvent retenir l'eau. Les molécules d'eau sont liées les unes aux autres et aux groupes chargés par liaison hydrogène. Ces aspects confèrent aux sels leur conductivité protonique inhabituellement élevée. Les matériaux à haute conductivité protonique sont devenus le centre d'attention car ce sont de bons électrolytes pour les piles à combustible. Dans une pile à combustible, deux demi-réactions d'une réaction chimique se produisent alors qu'elles sont physiquement séparées. La version la plus populaire utilise la réaction de l'oxygène et de l'hydrogène pour former de l'eau. Dans ce cas, les deux cellules doivent échanger des protons (atomes d'hydrogène chargés positivement) à travers un électrolyte, généralement à travers une membrane polymère conductrice de protons. Les scientifiques ont cherché des solutions plus efficaces, électrolytes robustes. Ces nouveaux sels pourraient être des candidats. Ils sont très stables à des températures plus élevées et leur conductivité protonique augmente à mesure que la température augmente.

Dans les membranes polymères conventionnelles, le transport des protons se produit à travers des canaux contenant de l'eau à travers lesquels les protons du réseau sont transférés d'une molécule à l'autre par l'intermédiaire de molécules d'eau liées par l'hydrogène. Dans les sels, le mécanisme de transport est différent. Les calculs indiquent que les protons sont envoyés à travers les canaux par "courrier":Une molécule d'eau se lie à un proton et diffuse à travers le canal, libérant le proton de l'autre côté.