創(chuàng)新點：中原工學(xué)院米立偉教授，日本北陸先端科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)李忠平研究員和長尾 祐樹準(zhǔn)教授合作，報道了磺酸基團修飾的共價有機骨架 (S-COF-1 和 SCOF-2).在 25 ℃ 和 95% 相對濕度 (RH)條件下，磺酸修飾的共價有機骨架材料具有1.5 × 10-2 S cm-1 的優(yōu)異質(zhì)子電導(dǎo)率。
關(guān)鍵詞：Macromolecular Rapid Communications，共價有機骨架，電導(dǎo)率，相對濕度。
伴隨社會現(xiàn)代化和工業(yè)發(fā)展，化石燃料是主要的可利用能源，導(dǎo)致了重大的溫室氣體污染和全球變暖的問題。因此，開發(fā)新型清潔能源是解決這些問題的有效的途徑。目前，燃料電池與化石燃料相比排放量更低或為零，引起了科學(xué)家的廣泛關(guān)注。開發(fā)具有出色質(zhì)子傳導(dǎo)性的材料對于制造燃料電池中的質(zhì)子交換膜至關(guān)重要。 共價有機骨架 (COFs) 具有高結(jié)晶度、優(yōu)異的孔隙率、卓越的穩(wěn)定性以及預(yù)先設(shè)計的功能化結(jié)構(gòu)。共價有機骨架材料可以將有機結(jié)構(gòu)單元精確整合到具有長程有序的二維多孔結(jié)構(gòu)中，從而實現(xiàn)功能化。并且，二維的共價有機骨架具有開放的均勻一維孔道，有利于質(zhì)子的傳遞。 在濕度條件下，S-COF-1 和 S-COF-2 在壁上具有高密度磺酸基團，表現(xiàn)出的較高的質(zhì)子電導(dǎo)率。在 40% 和 25°C 下，在 1.4 × 10?7 S cm?1 處發(fā)現(xiàn)較低的質(zhì)子傳導(dǎo)結(jié)果。隨著濕度條件的增加，S-COF-1 的電導(dǎo)率分別提高到 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的條件，對比S-COF-1材料，S-COF-2具有更高密度的磺酸容量，實現(xiàn)了最大的質(zhì)子傳導(dǎo)性1.5 × 10-2 S cm-1。S-COF-1和 S-COF-2也展現(xiàn)了很低的活化能分別為 0.25 eV 和 0.17 eV。在60°C和24小時條件下，S-COF-2 的質(zhì)子電導(dǎo)率值沒有明顯下降，具有良好的耐用性。這項研究為質(zhì)子傳導(dǎo) COF 電解質(zhì)的新設(shè)計開辟了新的基準(zhǔn)，該基準(zhǔn)結(jié)合了高導(dǎo)電性和耐用性。 WILEY 論文信息： 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
