利用FOMOF制备高导电碱性离子交换膜材料取得新进展

发布者:曹阳发布时间:2017-05-05浏览次数:17

我校材料科学与工程学院张章静研究员和项生昌研究员带领的多孔能源团队在燃料电池用的碱性离子交换膜领域取得研究进展。他们的研究成果合理调控亲铜性金属有机框架材料内的主客体相互作用释放氢氧根,以获得高的氢氧根导电性Rationally tuning host–guest interactions to free hydroxide ions within intertrimerically cuprophilic metal–organic frameworks for high OH- conductivity)在材料科学国际学术期刊Journal of Materials Chemistry A(影响因子8.262)以热点论文出版,并被编辑选为外封面论文(J. Mater. Chem. A2017, 5, 7816-7824)。该工作的第一作者是博士生李子银。

碱性离子交换膜燃料电池(HEMFCs)由于它可在强碱条件操作,能源转化效率高、无需贵金属催化等优点而被认为是一种绿色清洁能源。但由于碱的阴阳离子间的静电作用和碱的解离束缚OH-的迁移,降低碱性离子交换膜的OH-导电性,严重影响了碱性离子交换膜燃料电池的发展。如何释放碱的OH-离子,是实现碱性燃料电池隔膜的高OH-导电率的关键。该论文提出包含自由氢氧根离子的金属有机框架(FOMOF)的概念,并利用主客体相互作用的调节实现高OH-导电的碱性离子交换材料。该论文报道了一例含有分子间亲铜作用的三维MOFFJU-66)。亲铜性赋予FJU-66高达803 K的热稳定性和从pH = 210 M NaOH的宽范围的化学稳定性。通过后修饰,得到三种氢氧根离子电解质FJU-66·nXOH, X = [EVIm], n = 1; K, n = 3; NBu4, n=0.9。后修饰1-乙基-3-乙烯基咪唑鎓盐[EVIm]FJU-66·[EVIm]OH95% RH358 K下的氢氧根导电率可达9.1 × 10-2 S cm-1,是目前MOFsOH-导电中的最高值,且活化能最小(0.11 eV)。单晶结构表明其高OH-导电性来源于主体FJU-66框架与碱阳离子之间的主客体相互作用,促进碱中阴阳离子之间的解离,使OH-可以在孔道中自由移动。该论文为燃料电池用的高性能碱性离子交换膜材料的设计合成提供了新的思路。

此前,该团队曾提出高熔点质子载体载入、金属节点调节、介孔金属环有机框架、柔性MOF封装等多种方法,获得从零下-40125 oC的宽温域高质导材料。相关论文发表在J. Am. Chem. Soc2015, 137, 913 - 918J. Mater. Chem. A2016, 4, 4062 - 4070; J. Mater. Chem. A 2016, 4, 18742 - 18746Inorganic Chemistry, 2016, 55, 983 - 986.

    文章链接:http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/ta/c6ta11242k#!divAbstract

  

  

供稿    李子银