ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПЕРЕНОСА ПРОТОНОВ В КОМПОЗИТНЫХ МЕМБРАНАХ MOF-5/ПОЛИМЕР/ГЛУБОКОЭВТЕКТИЧЕСКИЙ РАСТВОРИТЕЛЬ: ВЗАИМОСВЯЗЬ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ

Аннотация

Протонно-обменные мембраны (PEM) играют ключевую роль в работе топливных элементов; однако их эффективность часто ограничивается сильной зависимостью от степени гидратации, снижением протонной проводимости при повышенных температурах и ухудшением стабильности в условиях низкой влажности. В настоящей работе представлен обзорно-теоретический анализ опубликованных исследований, посвящённых переносу протонов в композитных системах MOF-5/полимер/глубокоэвтектический растворитель (DES). Особое внимание уделено результатам работ, в которых применялись методы теории функционала плотности (DFT) и молекулярной динамики (MD) для объяснения электронных, структурных и динамических факторов, определяющих протонный транспорт.

Анализ литературных данных показывает, что включение DES в MOF–полимерные мембраны может способствовать перераспределению электронной плотности, формированию разветвлённых сетей водородных связей и снижению энергетических барьеров переноса протонов. На молекулярном уровне DES рассматриваются как функциональная среда, способная поддерживать динамические водородно-связанные каналы, тогда как MOF-5 обеспечивает наноразмерное ограничение и может направлять движение протонных носителей внутри пористой структуры.

Таким образом, обобщение литературных данных позволяет установить взаимосвязь между структурной организацией, межфазными взаимодействиями и протонной проводимостью в композитных мембранах MOF–полимер–DES. Рассмотренные подходы могут служить основой для дальнейшего рационального проектирования протонно-обменных мембран нового поколения с улучшенными транспортными и эксплуатационными характеристиками