Angew：聚苯并咪唑共价有机骨架通过限域和活化来实现超快稳定的质子传导

Nanoyu

2021-03-17

在开发无水质子导电材料方面，热稳定性工程塑料一直是人们研究的重点。在过去的60年里，聚苯并咪唑已经成为典型的工程塑料，用于结合纯磷酸（H₃PO₄）质子载流子来构建无水质子传导体系。然而，由于H₃PO₄泄漏和缓慢的质子传输。其应用充满极大的挑战性。共价有机骨架（COFs）是一类结晶型多孔聚合物，具有良好的骨架结构和有序的孔隙结构。

近日，新加坡国立大学江东林教授报道了一种具有固有有序一维孔的聚苯并咪唑COFs的合成策略，可以在100 ℃以上的宽温度范围内实现超快而稳定的无水质子导电。从而解决了传统聚苯并咪唑体系存在的问题，并突破了传统聚苯并咪唑体系的质子电导率上限。

文章要点

1）研究人员将苯并咪唑单元集成到骨架中，以构建具有一维（1D）和单向排列通道的稳定COF，这些通道对H₃PO₄具有完全的可及性。此外，孔壁被设计成具有沿z方向堆叠的亚胺键和苯并咪唑单元，使得每个通道由六个单链氮链、三个氮-氢链和三个咪唑阳离子链组成。

2）研究发现，多孔聚苯并咪唑骨架具有热稳定性和化学稳定性，可以通过孔隙对H₃PO₄进行限域。孔道壁触发了与磷酸网络的多点、多链和多种类型的静电和氢键相互作用，从而不仅可以稳定质子传导体系，还可以通过去质子过程来对体系进行活化。

3）实验结果显示，聚苯并咪唑COFs与纯H₃PO₄相结合后，在较低活化能以及低含量H₃PO₄下，在100 °C以上的较宽温度范围内表现出稳定的超快质子电导。

这项研究为设计用于能量转换的多孔聚苯并咪唑开辟了一条新的途径。

参考文献

Juan Li, et al, Ultrafast and Stable Proton Conduction in Polybenzimidazole Covalent Organic Frameworks via Confinement and Activation, Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.202101400

DOI: 10.1002/anie.202101400

https://doi.org/10.1002/anie.202101400