Supramolecular Calix[n]arenes-Intercalated Graphene Oxide Membranes for Efficient Proton Conduction

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作者
Xunli Mao,Mingzhao Xu,Hong Wu,Xueyi He,Benbing Shi,Li Cao,Pengfei Yang,Ming Qiu,Haobo Geng,Zhongyi Jiang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:11 (45): 42250-42260 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acsami.9b15331
摘要

Graphene oxide (GO) membranes with 2D interlaminar channels have triggered intensive interest as ion conductors. Incorporating abundant ion-conducting sites into GO interlayers is recognized as an effective strategy to facilitate ion conduction. Herein, we designed supramolecular compounds, para-sulphonato-calix[n]arenes (p-SC[n]As), as versatile intercalators to acquire highly conductive and robust GO membranes. The SC[n]A with ultrahigh ionic exchange capacity (IECw, 5.37 mmol g–1) imparts sufficient proton donors, and its rigid framework imparts strong support of adjacent nanosheets. We designed three kinds of SC[n]As with the same IECw but different sizes as intercalators, endowing the GO/SC[n]A membranes with increasing ion concentration and d-spacing in the order of GO/SC[4]A < GO/SC[6]A < GO/SC[8]A. Therefore, the interlayers of GO/SC[8]A membranes afforded higher density of proton donors and could accommodate more water molecules to construct more continuous H-bond networks for proton transfer. Accordingly, the proton conductivities exhibited the same increasing trend, up to 327.0 mS cm–1 of GO/SC[8]A-30% at 80 °C, 100% RH, which was 2.80 times higher than that of the GO membrane. Moreover, the GO/SC[n]A membranes remained stable in wet state, along with a 66% elevation in mechanical performance compared to the GO membrane.
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