提高質(zhì)子傳導(dǎo)率和制備基于金屬有機(jī)框架（MOFs）的質(zhì)子交換膜(PEMs)是開發(fā)電解質(zhì)MOFs的核心問題。這里，旨在設(shè)計(jì)多元柔性協(xié)同策略，在寬濕度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)具有高電導(dǎo)率的柔性MOFs（FMOFs）。原位粉末x光衍射(PXRD)和溫度相關(guān)的傅里葉變換紅外光譜(FT-IR),證明了烷基磺酸的動(dòng)態(tài)扭轉(zhuǎn)和FMOF的動(dòng)態(tài)呼吸之間的協(xié)同自適應(yīng)，形成連續(xù)的氫鍵網(wǎng)絡(luò)以保持高電導(dǎo)率。基于良好的質(zhì)子傳導(dǎo)率，還構(gòu)建了一系列長期耐用的MOF基PEMs，作為MOF和燃料電池之間的橋梁。研究結(jié)果顯示，柔性PMNS1-40的膜電極組件（MEA）顯示出34.76 mW cm-2的最大單電池功率密度,證明了質(zhì)子傳導(dǎo)MOFs在直接甲醇燃料電池實(shí)際應(yīng)用中打開了大門。
Figure 1. (a)PMNS1和PMNS2的合成步驟。(b)不同樣品的FT-IR光譜。(c)PMNS1和PMNS2的S 2p3/2 XPS光譜。
Figure 2. 25℃時(shí)不同RH下PMNS1的典型奈奎斯特圖。(b) RH相關(guān)的電導(dǎo)率和相應(yīng)的水吸附等溫線。（c）水蒸氣吸附等溫線。（d）溫度相關(guān)的PXRD等高線圖。(e)PMNS1多元協(xié)同自適應(yīng)示意圖。（f）PMNS1的溫度相關(guān)的紅外光譜。（g）多元協(xié)同自適應(yīng)機(jī)制的邏輯模型。
Figure 3. 100 %相對(duì)濕度下PMNS1的溫度相關(guān)的典型奈奎斯特圖。(b) 溫度相關(guān)的的質(zhì)子傳導(dǎo)率和(c)質(zhì)子傳導(dǎo)率的Arrhenius圖。(d)表面電勢。
Figure 4. (a)在不同溶液中處理后PMNS1樣品的XRD圖。(b)在100 %相對(duì)濕度下，PMNS1-XX膜的溫度相關(guān)的質(zhì)子傳導(dǎo)率。(c)PMNS1-40膜的極化和功率密度曲線。(d)功率密度和電導(dǎo)率比較。
該研究工作由吉林大學(xué)李光華課題組于2021年發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.期刊上。原文：Multivariate Synergistic Flexible Metal-Organic Frameworks with Superproton Conductivity for Direct Methanol Fuel Cells。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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