用于无水质质子传导的超性基功能化共价有机框架
Xiaowei Wu1, You-Lee Hong2, Bingqing Xu1
1Key Laboratory for Soft Chemistry and Functional Materials of Ministry of Education, School of Chemical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing, Jiangsu 210094, China.
Journal of the American Chemical Society
|August 14, 2020
概括
新的化共价有机框架 (COF) 为高温燃料电池提供了更高的稳定性和导电性. 这些材料能够快速无水质导电,克服燃料电池技术的关键挑战.
科学领域:
- 材料科学
- 电化学
- 化学工程
背景情况:
- 无水质导质材料对于高温聚合物电解质膜燃料电池 (HT-PEMFC) 是至关重要的.
- 共价有机框架 (COF) 对离子传输有希望,但往往缺乏化学稳定性.
- 提高COF的稳定性和导电性对于其在燃料电池中的实际应用至关重要.
研究的目的:
- 开发具有增强酸稳定性和质子导电性的基功能化二维COF.
- 研究链长度对这些COF的特性的影响.
- 探索COF纳米通道作为无水质质子导电平台的潜力.
主要方法:
- 这是一个自下而上的自组装策略,用于合成COF.
- 对具有不同链长度的化COF进行系统研究.
- 在高温下进行酸稳定性测试和质子导电性测量.
- 固态核磁共振 (NMR) 研究以阐明离子传输机制.
主要成果:
- 与非相比,化COF在强酸中具有更高的结构稳定性,其水接触角度高 (144°).
- 化COF在140°C时达到4.2 × 10−2 S cm−1的无水质质导电率,这是四个数量级的改进.
- 固态NMR揭示了动态的H3PO4分子在刚性COF框架内形成结网络,促进了快速的质子运输.
结论:
- perfluoroalkyl功能化显著提高了COF的酸稳定性和无水质导电性.
- 化COF的超疏水纳米通道作为质子导体的有效宿主.
- 这些发现突显了功能化COF作为先进的HT-PEMFC应用的强大材料的潜力.
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