3D 金属有机框架新突破：兼具质子与电子传导性，开启能源材料新篇章

为解决电化学技术中寻找能高效传输质子和电子材料的难题，研究人员开展了对具有混合传导的 3D 金属有机框架（MOFs）的研究。发现一类膦酸盐基 3D MOFs 有混合传导性，Fe 中心对实现混合质子 - 电子传导（MPEC）很关键，推动了相关材料设计。

　　研究探索了一类具有混合传导性的透气型膦酸盐基三维金属有机框架（3D MOFs）。金属 - 膦酸盐节点和未配位的膦酸盐（P - OH）基团，在有序水通道的辅助下，赋予了材料动态结构和质子传导性。通过与仅具有质子传导性的铝基金属有机框架（Al - MOF）对比研究，突出了铁在实现质子和电子双传导中的作用。未配位的对苯二酚通过可逆的氧化还原行为，增加了材料的多功能性。

电化学技术是可持续能源未来的核心，为从清洁能源存储到下一代燃料电池的创新提供动力。该领域的一个挑战是找到能够有效传输质子和电子的材料，这对许多能量转换和存储过程至关重要。金属有机框架（MOFs）是一种高度可调节的材料，具有巨大潜力，但通常仅限于质子或电子传导。而此处介绍的动态、透气的 3D MOF 在单相中同时具备质子和电子传导性。其秘密在于由水相互作用和未配位官能团驱动的可逆结构转变，这使得双传导得以无缝实现。这一进展不仅重新定义了 MOF 功能的界限，还为化学、物理和能源科学交叉领域的材料设计开辟了全新策略。

亮点：

• 具有混合质子 - 电子传导性的透气型 3D MOF。
• 金属 - 膦酸盐节点和未配位的膦酸盐实现质子传导。
• 水通道支持动态结构适应性。
• 未配位的对苯二酚基团诱导氧化还原功能。

总结：具有混合质子和电子传导性（MPEC）的金属有机框架（MOFs）是电化学能源系统中很有前景的材料，但很少有材料能在单相中兼具这些特性。此处报道了一系列通式为 H₁₂-M₂-(DOBDP)₃（其中 M (III)=Fe、Al、SC 和 In，H₆-DOBDP = 2,5 - 二羟基 - 1,4 - 苯二膦酸）的透气型 3D MOFs，它们具有混合传导性。金属 - 膦酸盐节点和未配位的膦酸盐（P - OH）基团，在水通道的辅助下，使结构具有动态性并具备质子传导性。测量发现，Fe - MOF 相在水合状态下具有较高的质子传导率（1.6×10^?4 S/cm）和中等的电子传导率（8.3×10^?7 S/cm），而 Al 相仅表现出质子传导性，这突出了 Fe 中心在实现 MPEC 中的关键作用。这些发现推进了对双传导 MOFs 的理解，并为设计下一代具有离子和电子传输组合功能的材料建立了框架。