天津大学JACS：调控COF的阳离子官能团密度增强阴离子输送能力

纳米技术

2023-12-16

对于电化学应用而言，具有较高离子导电能力的阳离子交换膜非常重要。通过增加阳离子交换容量能够直接提高阳离子导电能力，但是增加阳离子交换容量的同时却面临着稳定性的局限。

有鉴于此，天津大学姜忠义、吴洪等设计并制备具有季铵基团密度可调的阴离子作为阳离子导体构筑三种结构相同的COF。并且将阴离子官能团结合在柔性乙醚烷基侧链的方式组装到COF的骨架。

主要内容

（1）

通过修饰季铵盐的功能结构，COF膜的规则孔具有均匀分布的丰富阳离子官能团。通过柔性有机分子侧链使得体积较大的阳离子产生静电排斥力和立体位阻，使得COF具有紧密的堆叠和多重相互作用。此外，系统研究离子官能团密度与COF通道的离子导电性之间的关系。通过实验和理论计算模拟，说明COF的离子官能团和侧链迁移能力共同决定了离子传输能力。

（2）

优化得到的COF膜实现了从未达到的离子导电能力（在80 ℃和100 % RH，氢氧阴离子的导电性达到300 mS cm^-1）。这项研究有助于指导设计和制备高性能阳离子导电材料。

参考文献

Yan Kong, Bohui Lyu, Chunyang Fan, Yi Yang, Xiaoyao Wang, Benbing Shi, Jianwen Jiang, Hong Wu*, and Zhongyi Jiang*, Manipulation of Cationic Group Density in Covalent Organic Framework Membranes for Efficient Anion Transport, J. Am. Chem. Soc. 2023

DOI: 10.1021/jacs.3c07958

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c07958