Green synthesis of olefin-linked covalent organic frameworks for hydrogen fuel cell applications

材料科学 共价有机骨架 共价键 多孔性 化学工程 电解质 氢燃料 烯烃纤维 质子输运 质子交换膜燃料电池 电导率 溶剂 纳米技术 燃料电池 有机化学 化学 聚合物 复合材料 物理化学 电极 工程类 生物化学
作者
Zhifang Wang,Yi Yang,Zhengfeng Zhao,Penghui Zhang,Yushu Zhang,Jinjin Liu,Shengqian Ma,Peng Cheng,Yao Chen,Zhenjie Zhang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:235
标识
DOI:10.1038/s41467-021-22288-9
摘要

Abstract Green synthesis of crystalline porous materials for energy-related applications is of great significance but very challenging. Here, we create a green strategy to fabricate a highly crystalline olefin-linked pyrazine-based covalent organic framework (COF) with high robustness and porosity under solvent-free conditions. The abundant nitrogen sites, high hydrophilicity, and well-defined one-dimensional nanochannels make the resulting COF an ideal platform to confine and stabilize the H 3 PO 4 network in the pores through hydrogen-bonding interactions. The resulting material exhibits low activation energy (E a ) of 0.06 eV, and ultrahigh proton conductivity across a wide relative humidity (10–90 %) and temperature range (25–80 °C). A realistic proton exchange membrane fuel cell using the olefin-linked COF as the solid electrolyte achieve a maximum power of 135 mW cm −2 and a current density of 676 mA cm −2 , which exceeds all reported COF materials.
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