AFM：二维金属有机框架上的羧基驱动水网络用于增强PEMFC中的质子传导

NavyLIu

2025-04-11

精确构建质子输运通道并研究其输运行为具有重要意义，但仍然具有挑战性。近日，郑州大学王景涛、武文佳、Liu Yarong通过用对苯二甲酸（BDC）和偏苯三甲酸（BTC）对Zr-BTB进行后合成改性，开发了一种Zr-BTB-X纳米片，该片与不饱和Zr₆团簇配位。

本文要点：

1) 增加的-COOH基团使Zr BTB BTC纳米片的质子传导率显著提高，在80°C和100%相对湿度下达到490.9 mS cm^-1，而原始Zr BTB纳米片为2.19 mS cm^-1。密度泛函理论计算和水吸附研究表明，-COOH基团诱导富水网络的形成有助于有效的质子解离并降低质子传输阻碍。

2) 组装的Zr BTB BTC层状膜保持了纳米片的高导电性能，在80°C和100%相对湿度下达到242.4 mS cm⁻¹。它在质子交换膜燃料电池（PEMFC）中也具有优异的性能，实现了超高峰值功率（0.91 W cm⁻²）、最大电流密度（3.59 A m⁻²）和良好的耐久性。

参考文献：

Yifan Zheng et.al Carboxyl-Driven Water Networks on 2D Metal Organic Frameworks for Enhanced Proton Conduction in PEMFCs Adv. Functional Mater. 2025

DOI: 10.1002/adfm.202500151

https://doi.org/10.1002/adfm.202500151