Covalent organic frameworks with flexible side chains in hybrid PEMs enable highly efficient proton conductivity

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作者
Ziwen Liu,Xiao Pang,Benbing Shi,Na Xing,Yawei Liu,Bohui Lyu,Leilang Zhang,Yan Kong,Sijia Wang,Zhong Gao,Rundong Xue,Tianyu Jing,Changkun Liu,Qing-Xian Bai,Hong Wu,Zhongyi Jiang
出处
期刊:Materials horizons [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:11 (1): 141-150 被引量:2
标识
DOI:10.1039/d3mh01604h
摘要

Electrochemical hydrogen compression (EHC) is an emerging energy conversion technology. Proton exchange membranes (PEMs) with high proton conductivity and high mechanical strength are highly required to meet the practical requirements of EHC. Herein, ionic covalent organic frameworks (iCOFs) with tunable side chains were synthesized and introduced into the sulfonated poly (ether ether ketone) (SPEEK) matrix to fabricate hybrid PEMs. In our membranes, the rigid iCOFs afford ordered proton conduction channels, whereas the flexible side chains on iCOFs afford abundant proton conduction sites, adaptive hydrogen bonding networks, and high local density short hydrogen bonds for highly efficient proton transport. Moreover, the hydrogen bond interactions between the side chains on iCOFs and the SPEEK matrix enhance the mechanical stability of membranes. As a result, the hybrid PEM acquires an enhanced proton conductivity of 540.4 mS cm-1 (80 °C, 100%RH), a high mechanical strength of 120.41 MPa, and a superior performance (2.3 MPa at 30 °C, 100%RH) in EHC applications.
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