Enhancement of Proton Conductivity in Water and Aqua-Ammonia Vapor by Incorporating Sulfonic Acid-Functionalized Polymer into MIL-101-SO3H

化学 磺酸 电导率 质子 聚合物 无机化学 化学工程 水蒸气 高分子化学 有机化学 物理化学 物理 量子力学 工程类
作者
Guoqin Luo,Chao Huang,Shunlin Zhang,Bi‐Xue Zhu
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:64 (11): 5745-5754 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.5c00486
摘要

The design and preparation of super proton conducting metal-organic frameworks (MOFs) are of great significance for the advancement of proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs). An effective approach to increase the sulfonic acid density and control the hydrogen bonding networks within MOFs involves incorporating polymer chains that contain sulfonic acid groups into their pore structures. In this work, we report the in situ synthesis of a polyvinyl sulfonic acid (PVS) cross-linked polymer within the nanopores of MIL-101-SO3H, resulting in the PVS@MIL-101-SO3H composite. This composite maintains high proton conductivity in pure water vapor, achieving a peak conductivity of 2.57 × 10-2 S·cm-1 at 85 °C and 98% relative humidity (RH). Significantly, the proton conductivity markedly increases in aqua-ammonia environments, reaching 1.21 × 10-1 S·cm-1 under 1.0 M aqua-ammonia vapor at 100 °C, approximately five times higher than that observed in pure water vapor. Moreover, the composite exhibits excellent stability. Therefore, this study offers an efficacious approach to enhancing the performance of aqua-ammonia-assisted solid-state proton-conducting materials.
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