Multiple Strategies to Fabricate a Highly Stable 2D CuIICuI–Organic Framework with High Proton Conductivity

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作者
Lijia Zhao,Rong-Rong Zhu,Shuyu Wang,Liancheng He,Lin Du,Qi‐Hua Zhao
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:60 (21): 16474-16483 被引量:31
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.1c02312
摘要

Using multifunctional organic ligands with multiple acidic groups (carboxylate and sulfonate groups) to synthesize metal–organic frameworks (MOFs) bearing effective H-bond networks is a promising strategy to obtain highly proton conductive materials. In this work, a highly stable two-dimensional MOF, [Cu II 5 Cu I 2 (μ 3 -OH) 4 (H 2 O) 6 (L) 2 (H 2 L) 2 ]·3H 2 O (denoted as YCu161; H 3 L = 6-sulfonaphthalene-1,4-dicarboxylic acid) containing mixed-valence [Cu II 5 Cu I 2 (μ 3 -OH) 4 ] 8+ subunits, was successfully prepared. It exhibited excellent stability and temperature- and humidity-dependent proton conduction properties. Its optimal proton conductivity reached 1.84 × 10 –3 S cm –1 at 90 °C and 98% relative humidity. On the basis of a crystal structure analysis, water vapor adsorption test results, and activation energy calculations, we deduced the proton conduction pathway and mechanism. Apparently, uncoordinated sulfonic and carboxyl groups and a network of abundant H-bonds inside the framework were responsible for the efficient proton transfer. Therefore, the strategy of selecting suitable bifunctional ligands to construct two-dimensional Cu-cluster-based MOFs with excellent proton conductivity is feasible.
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