Superprotonic Conductivity of MOFs and Other Crystalline Platforms Beyond 10−1 S cm−1

材料科学 Nafion公司 质子交换膜燃料电池 电导率 结晶度 金属有机骨架 质子 共价有机骨架 聚合物 质子输运 化学工程 纳米技术 燃料电池 物理化学 电化学 复合材料 电极 物理 化学 生物化学 吸附 量子力学 多孔性 工程类
作者
Shyam Chand Pal,Madhab C. Das
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (31) 被引量:181
标识
DOI:10.1002/adfm.202101584
摘要

Abstract The proton‐exchange membrane (PEM) is a fundamental module of proton‐exchange membrane fuel cells (PEMFCs), permitting proton passage and thus governing the overall performance of PEMFCs. Till now, Nafion has been the extensively used marketable PEM material due to its high protonic conductivity of 10 −2 –10 −1 S cm −1 under high relative humidity and 80–85 °C. On the other hand, crystalline materials such as metal‐organic frameworks (MOFs), coordination polymers (CPs), covalent organic frameworks (COFs), hydrogen‐bonded organic framework (HOFs), metalo hydrogen‐bonded organic framework (MHOFs), and polyoxometalates (POMs) are emerging as potential PEM materials, where crystallinity has paved the way to study the conduction pathway and associated mechanisms to understand structure‐function relationships. However, to date, ultrahigh superprotonic conductivity to the level of 10 −1 S cm −1 , close to Nafion, is relatively scarce for the crystalline proton conductors. In this review, the discussion is focused on materials that demonstrate a conductivity order of 10 −1 S cm −1 and higher for those individual crystalline platforms (to be on the equal footing and superior to nafion, respectively) based on their synthesis approach while highlighting the design norms and key features for attaining such ultrahigh conductivity. While a critical analysis is made, the key issues and future prospects are also addressed.
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