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首页> 外文期刊>The journal of physical chemistry, C. Nanomaterials and interfaces >Impact of Nano- and Mesoscales on Macroscopic Cation Conductivity in Perfluorinated-Sulfonic-Acid Membranes
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Impact of Nano- and Mesoscales on Macroscopic Cation Conductivity in Perfluorinated-Sulfonic-Acid Membranes

机译：纳米和培养基对全氟磺酸膜宏观阳离子电导率的影响

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A mean-field local-density theory is outlined for ion transport in perfluorinated-sulfonic-acid (PFSA) membranes. A theory of molecular-level interactions predict nano domain and macroscale conductivity. The effects of solvation, dielectric saturation, dispersion forces, image charge, finite size, and confinement are included in a physically consistent 3D-model domain geometry. Probability-distribution profiles of aqueous cation concentration at the domain-scale are in agreement with atomistic simulations using no explicit fitting parameters. Measured conductivities of lithium-, sodium-, and proton-form membranes with equivalent weights of 1100, 1000, and 825 g/mol(SO3) validate the macroscale predictions using a single-value mesoscopic fitting parameter. Cation electrostatic interactions with pendant sulfonate groups are the largest source of migration resistance at the domain-scale. Tortuosity of ionically conductive domains is the largest source of migration resistance at the macroscale. Our proposed transport model is consistent across multiple length scales. We provide a compelling methodology to guide material design and optimize performance in energy-conversion applications of PFSA membranes.
机译：一种平均场局部密度理论在全氟磺酸（PFSA）膜中的离子输送概述。分子水平相互作用理论预测纳米结构域和宏观电导率。溶剂化，介电饱和度，色散力，图像电荷，有限尺寸和限制的影响包括在物理上一致的3D模型结构域几何形状中。域标度下阳离子浓度的概率分布型材与使用没有明确拟合参数的原子模拟一致。测量锂 - ，钠和质子 - 形状的膜的电导率，其当量重量为1100,1000和825g / mol（SO 3）使用单值介于介于型拟合参数验证宏观预测。与侧磺酸盐基团的阳离子静电相互作用是域级的迁移性最大源。离子导电域的曲折是宏观上迁移抗性的最大来源。我们所提出的运输模型跨多个长度尺度一致。我们提供了引导材料设计的令人信服的方法，并优化PFSA膜的能量转换应用中的性能。

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