Angewandte: COFs中的质子传导增强氢燃料电池应用

民咕咕

2019-12-13

开发制备可用于燃料电池中质子交换膜(PEMS)的新材料具有重要意义。在此，研究人员采用逐步合成策略，开发了一系列高晶、多孔、稳定的新型共价有机骨架(COFS)。高密度的偶氮基团伴随着酚羟基被整合到COF结构中，从而将偶氮基作为质子受体和添加酸的负载中心，同时酚羟基作为质子供体，促进质子传导。合成的COFS在强酸或强碱(如12 M NaOH或HCl)和沸水中具有较高的亲水性和良好的稳定性。这些特性使它们成为质子传导应用的理想介质。当负载H₃PO₄时，COFS(H₃PO4@COFS)不仅实现了1.13 × 10^-1 S/cm的超高质子电导率，这是目前所有COF材料中最高的，同时在较宽的相对湿度(40-100%)和温度范围内(20-80°C)也保持着较高的质子电导率。此外，以H₃PO4@COFS作为质子交换固体电解质膜制备了膜电极组件，其最大功率密度为81 mW/cm²，最大电流密度为456 mA/cm²，超过了目前为止所有报道的COF材料。这项工作不仅为制备多键连接的COFS提供了一种新方法，而且还为质子传导和PEM燃料电池的性能设定了新的COF基准。

Yi Yang Xueyi He Penghui Zhang Yassin Andaloussi Hailu Zhang Zhongyi Jiang Yao Chen Shengqian Ma Peng Cheng Zhenjie Zhang. Predisposed Intrinsic and Extrinsic Proton Conduction in Robust Covalent Organic Frameworks for Hydrogen Fuel Cell Application. Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.201913802

https://doi.org/10.1002/anie.201913802