Bioinspired Heterogeneous Construction of Lignocellulose‐Reinforced COF Membranes for Efficient Proton Conduction

材料科学 质子 电导率 热传导 纳米技术 化学工程 复合材料 化学 物理化学 生物化学 量子力学 物理 工程类
作者
Li-yu Zhu,Peng Ye,Limei Zhang,Yuting Ren,Jing Liu,Jiandu Lei,Luying Wang,Li-yu Zhu,Peng Ye,Limei Zhang,Yuting Ren,Jing Liu,Jiandu Lei,Luying Wang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (3): e2304575-e2304575 被引量:28
标识
DOI:10.1002/smll.202304575
摘要

Abstract The exponential interest in covalent organic frameworks (COFs) arises from the direct correlation between their diverse and intriguing properties and the modular design principle. However, the insufficient interlamellar interaction among COF nanosheets greatly hinders the formation of defect‐free membranes. Therefore, developing a methodology for the facile fabrication of these materials remains an enticing and highly desirable objective. Herein, ultrahigh proton conductivity and superior stability are achieved by taking advantage of COF composite membranes where 2D TB‐COF nanosheets are linked by 1D lignocellulosic nanofibrils (LCNFs) through π‐π and electrostatic interactions to form a robust and ordered structure. Notably, the high concentration of ‐SO 3 H groups within the COF pores and the abundant proton transport paths at COFs‐LCNFs interfaces impart composite membranes ultrahigh proton conductivity (0.348 S cm −1 at 80 °C and 100% RH). Moreover, the directional migration of protons along the stacked nanochannels of COFs is facilitated by oxygen atoms on the keto groups, as demonstrated by density functional theory (DFT) calculations. The simple design concept and reliable operation of the demonstrated mixed‐dimensional composite membrane are expected to provide an ideal platform for next‐generation conductive materials.
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