中科院福建物构所王瑞虎课题组&徐刚课题组：共价有机胶质子传导研究取得进展

【成果简介】

近日，中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室王瑞虎课题组和徐刚课题组合作，通过均三酰肼和对苯二甲醛的席夫碱反应制备了系列含酰腙基元的COGs，该COGs可包裹大量的H₃PO₄等无机酸和极性溶剂分子，其丰富的网络结构和广泛存在的氢键能够有效的“锁住”H₃PO₄分子。其在-40℃条件下电导率可高达3.9×10^-4 S/cm并且能够稳定至少250 h，这是目前为止报道的电导率最高的低温质子传导材料。此外，这些材料具有优越的机械性能，可根据实际应用塑造成任意形状。该研究近期以题为“Inorganic Acid-Impregnated Covalent Organic Gels as High-Performance Proton-Conductive Materials at Subzero Temperatures”发表在Advanced Functional Materials上。

【图文导读】

图1 示意图和性能表征

a）合成COG的示意图。

b）1,4-邻苯二甲醛（M1），苯-1,3,5-三酰肼（M2）和TBCH，COGs和COG-干凝胶的FTIR光谱。

c）在30-200℃和30-60℃（插图）的温度范围内的COG的TGA曲线。

图2 COG-1的自我维持和可加工的行为

a）从合成的小瓶中取出COG-1。

b）COG-1被定制成切片。

c）切片高曲率弯曲。

d）压缩前COG-1的应力应变实验。

e）裂纹出现。

f）COG-1的应力-应变曲线。

【研究内容】

质子交换膜燃料电池在低温环境下工作通常会出现严重的功率损耗甚至损毁，这制约了其在寒冷高海拔地区的应用，因此开发新型低温高效质子传导材料既是严峻挑战也是迫切需求。共价有机胶（Covalent Organic Gels, COGs）是有机构筑基元在聚合过程中形成的一种中间聚集体，能“锁住”大量的客体分子并快速传质，这种独特的性质有利于质子载体在胶体网络中的大量聚集和快速移动。然而，COGs在质子传导领域的研究和利用目前未有报道。

该研究成果为低温质子传导材料研究和寒冷高海拔地区的使用提供了新思路。

原文链接：http://www.cas.cn/syky/201709/t20170907_4613682.shtml

文献链接：Inorganic Acid-Impregnated Covalent Organic Gels as High-Performance Proton-Conductive Materials at Subzero Temperatures (Advanced Functional Materials, 2017, DOI:10.1002/adfm.201701465)

本文由材料人编辑部石小梅编辑，点我加入材料人编辑部。

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