Tuning the Crowding Effect of Water and Imidazole in Covalent Organic Frameworks for Proton Conduction

咪唑 化学物理 材料科学 质子 热传导 无水的 共价键 质子输运 纳米技术 化学 有机化学 复合材料 物理 量子力学
作者
Kun Zhang,Lei Wu,Yanting Zhang,Hong Zhang,Dongshuang Wu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (1): 963-968 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsami.4c15871
摘要

The proton conduction of imidazole under confined conditions has attracted widespread attention from researchers. Under anhydrous conditions, the proton transfer behavior is primarily governed by the molecular dynamics of imidazole. However, within a water-mediated system, the crowding effect of water and imidazole in a confined space may outweigh the intrinsic properties of imidazole itself. In this study, we have meticulously adjusted the structural fragments within the covalent organic frameworks (COFs), fine-tuning the saturation level of imidazole loading and adjusting the crowding degree of imidazole and water molecules. As a result, the two COF composites exhibit distinctly different proton conduction mechanisms from 32 to 100% relative humidity (RH), of which one possesses proton conduction progressively shifting from the Grotthuss mechanism to the vehicle mechanism, while the other has proton conduction undergoing a transition from the vehicle mechanism at 32% RH through the Grotthuss mechanism at 75% RH and finally back to the vehicle mechanism at 100% RH. These results highlight the critical role of the crowding effect of water and imidazole within confined spaces in proton conduction.
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