Ab initio study of hydration and proton dissociation in ionomer membranes

Journal of Physical Chemistry A

Volumn 114, Issue 25, 2010, Pages 6904-6912

  Idupulapati, Nagesh ^a   Devanathan, Ram ^a   Dupuis, Michel ^a  

^a PACIFIC NORTHWEST NATIONAL LABORATORY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AB INITIO STUDY; ACIDIC PROTON; BUILDING BLOCKES; COMPARATIVE STUDIES; ELECTRON-WITHDRAWING EFFECTS; ENHANCED CONDUCTIVITY; HYDRATED PROTONS; HYDRONIUM IONS; INITIAL CONFIGURATION; IONOMER MEMBRANES; MINIMUM-ENERGY STRUCTURES; NAFION IONOMERS; NAFION MEMBRANE; POLYMERIC ELECTROLYTES; PROTON DISSOCIATION; SIX WATER MOLECULES; STRONGEST ACID; SULFONIC ACID; SULFONYL IMIDE; WATER MOLECULE;

ACIDS; DISSOCIATION; FUNCTIONAL GROUPS; FUNCTIONAL POLYMERS; HYDRATES; HYDRATION; HYDROPHILICITY; IONOMERS; KETONES; MEMBRANES; MOLECULES; PROTONS;

DENSITY FUNCTIONAL THEORY;

EID: 77953994389     PISSN: 10895639     EISSN: 15205215     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp1027178     Document Type: Article

References (53)

1. Crabtree, G. W.; Dresselhaus, M. S. MRS Bull. 2008, 33, 421
2. Devanathan, R. Energy Environ. Sci. 2008, 1, 101
3. Barbir, F. Fuel cells: Theory and Practice; Elsevier Academic Press: New York, 2005.
4. Nguyen, T. V.; Knobbe, M. W. J. Power Sources 2003, 114, 70
5. Scharfenberger, G.; Meyer, W. H.; Wegner, G.; Schuster, M.; Kreuer, K. D.; Maier, J. J. Fuel Cells 2006, 6, 237
6. Hamrock, S. J.; Yandrasits, M. A. J. Macromol.Sci., Part C: Polym. Rev. 2006, 46, 219
7. Hickner, M. A.; Ghassemi, H.; Kim, Y. S.; Einsla, B. R.; McGrath, J. E. Chem. Rev. 2004, 104, 4587
8. Kreuer, K. D. J. Membr. Sci. 2001, 185, 29
9. Li, Q.; He, R.; Jensen, J. O.; Bjerrum, N. J. Chem. Mater. 2003, 15, 4896
10. Mauritz, K. A.; Moore, R. B. Chem. Rev. 2004, 104, 4535
11. Prater, K. B. J. Power Sources 1996, 61, 105
12. Roziere, J.; Jones, D. J. Annu. Rev. Mater. Res. 2003, 33, 505
13. Smitha, B.; Sridhar, S.; Khan, A. A. J. Membr. Sci. 2005, 259, 26
14. Steele, B. C. H.; Heinzel, A. Nature 2001, 414, 315
15. Savadago, O. J. Power Sources 2004, 127, 135
16. Schuster, M.; Meyer, W. H. Annu. Rev. Mater. Res. 2003, 33, 233
17. Siu, A.; Pivovar, B.; Horsfall, J.; Lovell, K. V.; Holdcroft, S. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 2006, 44, 2240
18. Yang, C.; Costamagna, P.; srinivasan, S.; Benziger, J.; Bocarsly, A. B. J. Power Sources 2001, 103, 1
19. Yu, J.; Yi, B.; Xing, D.; Liu, F.; Shao, Z.; Fu, Y.; Zhang, H. Phys. Chem. Chem. Phys. 2003, 5, 611
20. Savett, S. C.; Atkins, J. R.; Sides, C. R.; Harris, J. L.; Thomas, B. H.; Creager, S. E.; Pennington, W. T.; DesMarteau, D. D. J. Electrochem. Soc. 2002, 149, 1527
21. Sumner, J. J.; Creager, S. E.; Ma, J. J.; DesMarteau, D. D. J. Electrochem. Soc. 1998, 145, 107
22. Paddison, S. J. J. New. Mater. Electrochem. Syst. 2001, 4, 197
23. Creager, S. E.; Sumner, J. J.; Bailey, R. D.; Ma, J. J.; Pennington, W. T.; DesMarteau, D. D. Electrochem. Solid-State Lett. 1999, 2, 434
24. Byun, C. K.; Sharif, I.; DesMarteau, D. D.; Creager, S. E.; Kozeniewski, C. J. Phys. Chem B 2009, 113, 6299
25. Emery, M.; Frey, M.; Guerra, M.; Haugen, G.; Hintzer, K.; Lochhaas, K. H.; Pham, P.; Pierpont, D.; Schaberg, M.; Thaler, A.; Yandrasits, M.; Hamrock, S. J. ECS Transactions 2007, 11, 3
26. Yang, B.; Manthiram, A. J. Power Sources 2006, 153, 29
27. Ye, G.; Janzen, N.; Goward, G. R. Macromolecules 2006, 39, 3283
28. Liu, B.; Roberstson, G. P.; Kim, D. S.; Giver, M. D.; Hu, W.; Jiang, Z. Macromolecules 2007, 40, 1934
29. Glezakou, V. A.; Dupuis, M.; Mundy, C. J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 5752
30. Choe, Y. K.; Tsuchida, E.; Ikeshoji, T.; Ohira, A.; Kidena, K. J. Phys. Chem B 2010, 114, 2411
31. Paddison, S. J.; Pratt, L. R.;, A.;, Z. J. T.; Reagor, D. W. Flu. Ph. Equil. 1998, 150-151, 235
32. Paddison, S. J.;, A.;, Z. J. T. Solid-State Ionics 1998, 113-115, 333
33. Paddison, S. J.; Pratt, L. R.;, A.;, Z. J. T. J. New. Mater. Electrochem. Syst. 1999, 2, 183
34. Frisch, M. J. T.;, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb,; M. A.; Cheeseman, J. R. M.;, J. A., Jr.; Vreven, T.; Kudin, K. N.; Burant, J. C. M., J. M.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Barone, V.; Mennucci, B. C., M.; Scalmani, G.; Rega, N.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H. H., M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M. N., T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Klene, M.; Li,; X.; Knox, J. E. H., H. P.; Cross, J. B.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R. S., R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C. O., J. W.; Ayala, P. Y.; Morokuma, K.; Voth, G. A.; Salvador, P. D., J. J.; Zakrzewski, V. G.; Dapprich, S.; Daniels,; A. D.; Strain, M. C. F., O.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K. F., J. B.; Ortiz, J. V.; Cui, Q.; Baboul, A. G.; Clifford, S. C., J.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz,; P.; Komaromi, I. M., R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y. N., A.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W. W., M. W.; Gonzalez, C.; Pople, J. A. Gaussian 03, revision E.01: Gaussian, Inc.: Wallingford, CT: 2004.
35. Hariharan, P. C.; Pople, J. A. Theor. Chim. Acta 1973, 28, 213
36. Hohenberg, P.; Kohn, W. Phys. Rev. 1964, 136, B864
37. Kohn, W.; Sham, L. J. Phys. Rev. 1965, 140, A1133
38. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648
39. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785
40. McLean, A. D.; Chandler, G. S. J. Chem. Phys. 1980, 72, 5639
41. Breneman, C. M.; Wiberg, K. B. J. Comput. Chem. 1990, 11, 361
42. Barone, V.; Cossi, M. J. Phys. Chem. A 1998, 112, 1995
43. Jensen, F. Introduction to Computational Chemistry; Wiley & Sons: NJ, 2002.
44. Laporta, M.; Pegoraro, M.; Zanderighi, L. Phys. Chem. Chem. Phys. 1999, 1, 4619
45. Blanchard, R. M.; Nuzzo, R. G. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 2000, 38, 1512
46. Gruger, A.; Regis, A.; Schmatko, T.; Colomban, P. Vib. Spectrosc. 2001, 26, 215
47. Warren, D. S.; McQuillan, A. J. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 10535
48. Rey, I.; Johansson, P.; Lindgren, J.; Lassegues, J. C.; Grondin, J.; Servant, L. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 3249
49. Cable, K. M.; Mauritz, K. A.; Moore, R. B. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 1995, 33, 1065
50. Ludvigsson, M.; Lindgren, J.; Tegenfeldt, J. Electrochim. Acta 2000, 45, 2267
51. Buzzoni, R.; Bordiga, S.; Ricchiardi, G.; Spoto, G.; Zecchina, A. J. Phys. Chem. 1995, 99, 11937
52. KoppeI, I. A.; Taft, R. W.; Anvia, F.; Zbu, S.-Z.; Hu, L.-Q.; Sung, K.-S.; DesMarteau, D. D.; Yagupolskii, L. M.; Yagupolskii, Y. L.; Ignatèv, N. V.; Kondratenko, N. V.; Okonskii, A. Y.; Vlasov, V. M.; Notario, R.; Maria, P.-C. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 3047
53. Guthrie, J. P. Can. J. Chem. 1978, 56, 2342