Superprotonic Conduction of Acidified Benzimidazole-Linked Covalent Organic Framework

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作者
Jin Zhang,Ya-Ru Kong,Yangyang Liu,Hong‐Bin Luo,Yang Zou,Shuang‐Quan Zang,Xiao‐Ming Ren
出处
期刊:ACS materials letters [American Chemical Society]
卷期号:4 (12): 2597-2603 被引量:47
标识
DOI:10.1021/acsmaterialslett.2c00432
摘要

The development of fast proton-conducting materials above 100 °C with high chemical stability is very challenging but of great significance for proton-exchange membrane fuel cells (PEMFCs). Herein, we demonstrate the first example of benzimidazole-linked COF (PBI-COF) exploited as a fast proton conductor above 100 °C toward PEMFC application. Our PBI-COF integrates the outstanding chemical stability of polybenzimidazoles (PBIs) and the ordered channel structure of COFs to provide a powerful platform to confine and stabilize H3PO4 molecules for proton transport. Upon impregnation with H3PO4, H3PO4@PBI-COF exhibits high proton conductivity (>10–1 S cm–1 above 100 °C), low water swelling, and good long-term durability that is superior to many reported proton conductors. Furthermore, PEMFC with H3PO4@PBI-COF as a solid electrolyte achieves 0.936 V open-circuit voltages and 125 mW cm–2 maximum power densities.
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