Gli scienziati hanno sviluppato una nuova classe di sali organici cristallini porosi con elevata conduttività protonica per applicazioni come le membrane a scambio protonico per le celle a combustibile. Come riportato sulla rivista Angewandte Chemie , i canali polari che contengono acqua svolgono un ruolo critico nella conduzione dei protoni. A circa 60 °C e ad alta umidità, la loro conduttività protonica è una delle migliori mai trovate in un materiale poroso.

I materiali organici porosi sono potenzialmente utili per molte applicazioni, compresi i sistemi catalitici, processi di separazione, e stoccaggio del gas. Sebbene queste strutture simili a strutture varino notevolmente, hanno una cosa in comune:i loro componenti sono collegati tramite legami covalenti. Sali organici porosi, d'altra parte, sono una nuova classe di materiali con componenti tenuti insieme da legami ionici, le forze attrattive tra ioni positivi e ioni caricati negativamente. Sono difficili da produrre perché i loro pori di solito collassano; i legami ionici dei sali organici precedentemente noti non sono abbastanza forti da stabilizzare una struttura porosa.

I ricercatori che lavorano con Teng Ben alla Jilin University (Changchun, Cina) hanno ora combinato con successo basi organiche e acidi per produrre sali con legami molto forti e strutture cristalline definite che formano sistemi di pori stabili. Questi solidi altamente porosi hanno la più alta superficie interna mai trovata in un sale organico. Gli scienziati hanno dimostrato una correlazione significativa tra la forza dei legami ionici e la stabilità della struttura dei pori.

I pori dei sali formano canali unidimensionali e possono trattenere l'acqua. Le molecole d'acqua sono legate tra loro e ai gruppi carichi attraverso il legame idrogeno. Questi aspetti conferiscono ai sali la loro conduttività protonica insolitamente elevata. I materiali con elevata conducibilità protonica sono diventati al centro dell'attenzione perché sono buoni elettroliti per le celle a combustibile. In una cella a combustibile, due semireazioni di una reazione chimica si verificano mentre sono fisicamente separate. La versione più popolare utilizza la reazione ossigeno e idrogeno per formare acqua. In questo caso, le due cellule devono scambiare protoni (atomi di idrogeno carichi positivamente) attraverso un elettrolita, di solito attraverso una membrana polimerica che conduce i protoni. Gli scienziati hanno cercato soluzioni più efficienti, elettroliti robusti. Questi nuovi sali potrebbero essere candidati. Sono molto stabili a temperature più elevate e la loro conduttività protonica aumenta all'aumentare della temperatura.

Nelle membrane polimeriche convenzionali, il trasporto di protoni avviene attraverso canali contenenti acqua attraverso i quali i protoni all'interno della rete vengono trasferiti da una molecola all'altra attraverso molecole d'acqua legate all'idrogeno. Nei sali, il meccanismo di trasporto è diverso. I calcoli indicano che i protoni vengono inviati attraverso i canali tramite "corriere":una molecola d'acqua lega un protone e si diffonde attraverso il canale, rilasciando il protone dall'altra parte.