超质子固体酸是一种结晶相，其特征是取向无序的酸性氧阴离子基团围绕固定的中心原子进行快速重新定向。近日，美国西北大学Sossina M. Haile等报道发现了一种新的超质子化合物Cs₇(H₄PO₄)(H₂PO₄)₈。

本文要点：

1）该化合物是在高温下由CsH₂PO₄和CsH₅(PO4)₂的反应获得的。作者通过高温单晶X射线衍射解析了该化合物的结构，并通过高温³¹P NMR光谱进行了确认；该化合物结晶于空间群Pm3̅n，在130°C下的晶格常数为20.1994（9）Å。

2）其晶胞类似于超质子CsH₂PO₄的4×4×4超结构，但具有旋转无序的H₄PO₄⁺阳离子，该阳离子周期性地占据每八个阳离子位点之一。

3）作者研究了这种阳离子对Cs₇(H₄PO₄)(H₂PO₄)₈相的结构，热力学和质子输运性质的影响。

4）Cs₇(H₄PO₄)(H₂PO₄)₈在90°C的温度下形成，比CsH₂PO₄的228°C的超质子转变温度低得多，并且该化合物似乎没有有序的低温形式。

5）该材料在干燥脱水的条件下可稳定至151°C，因此在没有主动加湿的情况下，超质子材料的稳定性特别宽泛。

6）Cs₇(H₄PO₄)(H₂PO₄)₈的电导率在140°C时为5.8×10–4 S cm^-1，但聚阴离子（H₂PO₄^–）基团的重新取向却很容易。

Louis S. Wang, et al. Structure and Properties of Cs₇(H₄PO₄)(H₂PO₄)₈: A New Superprotonic Solid Acid Featuring the Unusual Polycation (H₄PO₄)⁺. J. Am. Chem. Soc., 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c08870

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c08870