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创新点:中原工学院米立伟教授,日本北陸先端科学技術大学院大学李忠平研究员和長尾 祐樹准教授合作,报道了磺酸基团修饰的共价有机骨架 (S-COF-1 和 SCOF-2).在 25 ℃ 和 95% 相对湿度 (RH)条件下,磺酸修饰的共价有机骨架材料具有1.5 × 10-2 S cm-1 的优异质子电导率。
伴随社会现代化和工业发展,化石燃料是主要的可利用能源,导致了重大的温室气体污染和全球变暖的问题。因此,开发新型清洁能源是解决这些问题的有效的途径。目前,燃料电池与化石燃料相比排放量更低或为零,引起了科学家的广泛关注。开发具有出色质子传导性的材料对于制造燃料电池中的质子交换膜至关重要。 共价有机骨架 (COFs) 具有高结晶度、优异的孔隙率、卓越的稳定性以及预先设计的功能化结构。共价有机骨架材料可以将有机结构单元精确整合到具有长程有序的二维多孔结构中,从而实现功能化。并且,二维的共价有机骨架具有开放的均匀一维孔道,有利于质子的传递。 在湿度条件下,S-COF-1 和 S-COF-2 在壁上具有高密度磺酸基团,表现出的较高的质子电导率。在 40% 和 25°C 下,在 1.4 × 10−7 S cm−1 处发现较低的质子传导结果。随着湿度条件的增加,S-COF-1 的电导率分别提高到 1.4 × 10−6、2.4 × 10−5,1.8 × 10−4 S cm−1和 7.5 × 10-4 S cm-1在 60%、80%、90%。在95% RH和 25 °C的条件,对比S-COF-1材料,S-COF-2具有更高密度的磺酸容量,实现了最大的质子传导性1.5 × 10-2 S cm-1。S-COF-1和 S-COF-2也展现了很低的活化能分别为 0.25 eV 和 0.17 eV。在60°C和24小时条件下,S-COF-2 的质子电导率值没有明显下降,具有良好的耐用性。这项研究为质子传导 COF 电解质的新设计开辟了新的基准,该基准结合了高导电性和耐用性。 WILEY 论文信息: Accumulation of sulfonic acid groups anchored in covalent organic frameworks as an intrinsic proton-conducting electrolyte Lipeng Zhai, Yuze Yao, Baiwei Ma, Md Mahmudul Hasan, Yuxi Han, Liwei Mi,* Yuki Nagao,* and Zhongping Li.* Macromolecular Rapid Communications DOI:10.1002/marc.202100590
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