Ionic liquid-impregnated covalent organic framework/silk nanofibril composite membrane for efficient proton conduction

丝绸 共价有机骨架 材料科学 质子 共价键 化学工程 热传导 离子液体 复合数 高分子化学 离子键合 复合材料 化学 有机化学 离子 生物化学 工程类 催化作用 量子力学 物理
作者
Ping Li,Jia Chen,Shaokun Tang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:415: 129021-129021 被引量:85
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.129021
摘要

Covalent organic frameworks (COFs) hold great potential for proton-conducting materials due to the intrinsic pore channels and high surface areas. However, their limited functional groups and poor film-forming properties remain significant challenge. Silk nanofibrils (SNFs) have good mechanical property and abundant functional groups, which can be exfoliated from natural bombyx mori silks. Herein, we demonstrate a novel strategy of utilizing the flexibility of SNFs to assemble conductive COFs into a stable membrane form. Ionic liquids (ILs)-impregnated sulfonic acid-based COF (IL-COF-SO3H) is prepared and then is combined with SNF to fabricate IL-impregnated COF/SNF composite membrane. The uniformly distributed ILs inside COF-SO3H increase the number of proton hopping sites. Meanwhile, the –SO3H groups can form strong interactions with imidazole-type ILs and immobilize ILs within the channels, endowing COF-SO3H pores low-barrier proton transfer pathways. Additionally, the hydrogen-bonding interactions between IL-COF-SO3H and SNFs enable interfacial binding and structure stability, as well as facilitate proton transfer. Thus, the resultant IL-COF-SO3[email protected] composite membrane simultaneously obtains enhanced conductivity (224 mS cm−1 at 90 °C and 100% RH) and mechanical performance (tensile strength of 28.6 MPa). This study provides novel insight into fabrication of stable COF-based membrane for high-performance conduction materials.
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