Weakly Humidity‐Dependent Proton‐Conducting COF Membranes

材料科学 共价有机骨架 电导率 湿度 成核 溶剂 质子输运 水溶液 质子交换膜燃料电池 制作 相对湿度 化学工程 质子 复合材料 纳米技术 有机化学 物理化学 热力学 多孔性 化学 量子力学 病理 生物化学 替代医学 医学 工程类 物理
作者
Li Cao,Hong Wu,Yu Cao,Chunyang Fan,Rui Zhao,Xueyi He,Pengfei Yang,Benbing Shi,Xinda You,Zhongyi Jiang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:32 (52): e2005565-e2005565 被引量:346
标识
DOI:10.1002/adma.202005565
摘要

Abstract State‐of‐the‐art proton exchange membranes (PEMs) often suffer from significantly reduced conductivity under low relative humidity, hampering their efficient application in fuel cells. Covalent organic frameworks (COFs) with pre‐designable and well‐defined structures hold promise to cope with the above challenge. However, fabricating defect‐free, robust COF membranes proves an extremely difficult task due to the poor processability of COF materials. Herein, a bottom‐up approach is developed to synthesize intrinsic proton‐conducting COF (IPC‐COF) nanosheets (NUS‐9) in aqueous solutions via diffusion and solvent co‐mediated modulation, enabling a controlled nucleation and in‐plane‐dominated IPC‐COF growth. These nanosheets allow the facile fabrication of IPC‐COF membranes. IPC‐COF membranes with crystalline, rigid ion nanochannels exhibit a weakly humidity‐dependent conductivity over a wide range of humidity (30–98%), 1–2 orders of magnitude higher than that of benchmark PEMs, and a prominent fuel cell performance of 0.93 W cm −2 at 35% RH and 80 ° C arising from superior water retention and Grotthuss mechanism‐dominated proton conduction.
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