化学与材料学院张章静课题组在MOFs基质子导体领域取得新进展

发布时间:2020-04-09浏览次数:127

    金属有机框架(MOF)材料具有高的表面积、丰富的结构可调性和功能性孔表面,可以容纳多种客体分子作为质子载体,并能够系统地调节质子浓度和迁移率,其作为固体电解质在燃料电池中受到了广泛关注。化学与材料学院张章静研究员课题组在团队研究基础上,综述了MOFs在潮湿环境质子传导、无水大气质子传导、单晶质子传导以及燃料电池用MOF基膜等领域作为质子传导多功能平台的最新进展。(1) 首先,选择了几种具有代表性的MOF作为平台(例如MIL-101UiO-66HKUST-1β-PCMOF-2),并阐述了一些通用或独特的策略以改善其质子传导性能。然后,详细阐述了质子导体在较宽温度范围内工作(尤其是在低于0 °C的温度下工作)的概念和重要性,这些材料在无水环境下表现出典型的质子导电行为。此外,还对质子转移机理和各向异性传导行为的研究进展进行了全面的讨论,并总结了几种有前途的MOFs作为组装燃料电池的质子交换膜。(2) 最后阐述了MOF材料在质子导体领域仍存在的机遇和挑战:iMOF材料的水和热稳定性已经大大提高,但它们的机械强度和可加工性尚未得到充分考虑。ii)烷基链线性聚合物官能化的有机配体可用于制造新型的基于聚MOF的质子导体,以改善其机械性能和加工性能。iii)在MOF通道内原位制备线性聚合物(如聚苯胺、聚(乙烯醇)、聚(丙烯酸)),不仅可以提供连续的质子传导途径,而且可以提高膜电极的组装性能。iv)对于一些独特的MOF样品,由于其结构的无序或缺陷,对质子转移机制的了解有限,限制了其合理制造。原位实验或先进的表征技术(如准弹性中子散射和固态核磁共振),以及理论计算有望研究其质子传导机制。论文以“Metal–Organic Frameworks as a Versatile Platform for Proton Conductors”为题发表在材料学领域顶级期刊Advanced Materials2020, 1907090 (期刊影响因子25.809)。论文第一作者为2016级博士生叶应祥同学。

MOFs作为质子导体通用平台的示意图(上)和研究进展的时间线(下)。

全文链接:https://doi.org/10.1002/adma.201907090

(化学与材料学院  科学技术处)

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