姜忠义Nat Commun：具有优异离子交换能力的共价有机骨架膜的组装

Nanoyu

2022-02-23

离子共价有机骨架膜（iCOFMs）由于其高含量、单分散的离子基团可以提供优异的离子导电性，在离子导电相关领域有着广阔的应用前景。提高离子电导率上限的关键是最大限度地提高离子交换容量（IEC）。

近日，天津大学姜忠义教授，张润楠利用双活化界面聚合策略，探索了将具有4.6 mmol g⁻¹超高IEC的TpBD-(SO₃H)₂离子交换膜用于质子传导。

文章要点

1）研究人员在有机相中用Brønsted酸活化醛类单体，在水相中用Brønsted碱活化离子胺单体。Brnsted酸可以将-CHO转化为更易发生亲核攻击的阳离子-C⁺HOH ，相应地，醛单体亲核攻击位点的Fukui函数从0.066提高到0.152。Brønsted碱可以将-NH₃⁺转化为更具活性的亲核试剂-NH₂，从而实现胺类单体的活化，从而使胺类单体的亲电攻击点的Fukui函数从0.009提高到0.072。

2）经过双重活化后，水-有机界面上的席夫碱反应明显加快，得到了结晶度高、结晶度高的iCOFMs。与之形成鲜明对比的是，不能通过单次活化(只活化一种单体)或不活化来获得晶态iCOFMs。

3）得益于超高离子电导率和高度连续的离子通道，设计的TpBD-(SO³H)²离子交换膜具有0.66 S cm⁻¹（90 °C，100%相对湿度）的优异质子电导率。研究人员指出，这种膜可以有多种应用，如燃料电池、流量电池、锂电池和纳滤。此外，双活化界面聚合策略还可以启发化学键活化领域的研究人员，并有望成为有机骨架膜制备的平台技术。

参考文献

Wang, X., Shi, B., Yang, H. et al. Assembling covalent organic framework membranes with superior ion exchange capacity. Nat Commun 13, 1020 (2022).

DOI: 10.1038/s41467-022-28643-8

https://doi.org/10.1038/s41467-022-28643-8