Four Lanthanide(III) Metal–Organic Frameworks Fabricated by Bithiophene Dicarboxylate for High Inherent Proton Conduction

镧系元素 等结构 材料科学 金属有机骨架 分子 配体(生物化学) 质子 电导率 结晶学 金属 溶剂 物理化学 离子 晶体结构 有机化学 化学 吸附 受体 冶金 物理 量子力学 生物化学
作者
Yu-Ling Hong,Shuai-Wu Zuo,Haoyu Du,Zhi‐Qiang Shi,Hailiang Hu,Gang Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (11): 13745-13755 被引量:20
标识
DOI:10.1021/acsami.3c18999
摘要

Currently, it is still a challenge to directly achieve highly stable metal-organic frameworks (MOFs) with superior proton conductivity solely through the exquisite design of ligands and the attentive selection of metal nodes. Inspired by this, we are intrigued by a multifunctional dicarboxylate ligand including dithiophene groups, 3,4-dimethylthieno[2,3-b]thiophene-2,5-dicarboxylic acid (H2DTD), and lanthanide ions with distinct coordination topologies. Successfully, four isostructural three-dimensional lanthanide(III)-based MOFs, [Ln2(DTD)3(DEF)4]·DEF·6H2O [LnIII = TbIII (Tb-MOF), EuIII (Eu-MOF), SmIII (Sm-MOF), and DyIII (Dy-MOF)], were solvothermally prepared, in which the effective proton transport will be provided by the coordinated or free solvent molecules, the crystalline water molecules, and the framework components, as well as a large number of highly electronegative S and O atoms. As expected, the four Ln-MOFs demonstrated the highest proton conductivities (σ) being 0.54 × 10-3, 3.75 × 10-3, 1.28 × 10-3, and 1.92 × 10-3 S·cm-1 for the four MOFs, respectively, at 100 °C/98% relative humidity (RH). Excitingly, Dy-MOF demonstrated an extraordinary ultrahigh σ of 1 × 10-3 S·cm-1 at 30 °C/98% RH. Additionally, the plausible proton transport mechanisms were emphasized.
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