在多种温度和湿度条件下提高金属有机框架（MOF）材料的质子导电性

《ACS Applied Engineering Materials》：Enhancing the Proton Conductivity of MOF Materials under Varied Temperature and Humidity

通过配体替换策略优化金属有机框架（MOF）结构，研究采用含磺酸基（质子源）和氨基（质子传递位点）的四种配体（Tr、AMSA、pASA、mASA）修饰MOF-808，显著提升其在30%-100%相对湿度及303-353 K条件下的质子导电性（最高达1.95×10?1 S·cm?1），同时增强环境稳定性（如MOF-808-pASA导电性变化仅为原始MOF-808的1/4）。

　　

探索提高质子导电性以抵御环境温度和湿度变化的方法对质子交换膜燃料电池（PEMFCs）至关重要。将质子源和质子跃迁位点结合到金属-有机框架（MOFs）中是一种有前景的提高导电性的途径。在本研究中，采用了一种配体替换策略，通过调整配体骨架的刚性和质子源与跃迁位点的相对位置来定制MOFs的性质。使用了四种含有磺酸基团（质子源）和氨基基团（跃迁位点）的配体，即牛磺酸（Tr）、氨基甲磺酸（AMSA）、p-氨基苯磺酸（pASA）和3-氨基苯磺酸（mASA），对MOF-808进行改性，得到了MOF-808-X（X = Tr、AMSA、pASA或mASA）。在30%–100%的相对湿度（RH）和303–353 K的温度范围内，研究了MOF-808-X和MOF-808的质子导电性。所有四种改性材料的质子导电性都显著高于MOF-808。其中，MOF-808-Tr在100% RH和353 K时的导电性最高，达到1.95 × 10^–1 S·cm^–1。此外，改性材料对环境变化的稳定性也得到了提升。例如，MOF-808-pASA在303 K/30% RH到353 K/100% RH之间的导电性变化仅为MOF-808的四分之一。总之，通过整合质子源和跃迁位点，并调节配体刚性和取代基位置，有效地提高了MOFs的导电性和环境稳定性。这项工作展示了一种实用的结构改性策略，用于增强质子导电MOFs的性能稳定性。