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質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFCs）由于其高能量密度、低污染物排放以及溫和的工作條件，被視為可再生清潔能源中的重要代表。對質(zhì)子交換膜燃料電池而言，電解質(zhì)材料的質(zhì)子傳導性是制約該技術(shù)使用的關(guān)鍵因素，設(shè)計制造具有高質(zhì)子傳導性的電解質(zhì)材料，是質(zhì)子交換膜燃料電池走向?qū)嵱没闹卮筇魬?zhàn)！

表1. 各種MOF和Nafion膜的質(zhì)子傳導性對比

問題在于：目前所開發(fā)的大部分材料雖然在較高的濕度下具有良好的質(zhì)子傳導性，但是在相對濕度較低的情況下，質(zhì)子傳導性會急劇下降。

有鑒于此，北京工業(yè)大學李建榮教授和美國德州大學San Antonio分校陳邦林教授等人合作報道了一種化學穩(wěn)定的柔性MOF材料，在較寬的濕度和溫度范圍下可保持較好的質(zhì)子傳導性。

圖1. But-8(M) (M=Cr, Al)的結(jié)構(gòu)以及But-8(Cr)離子交換性能

研究人員利用硫酸對預先合成的BUT-8(Cr)材料進行后處理修飾，處理后的MOF材料取名為BUT-8(Cr)A，是一種具有一維孔道的三維框架結(jié)構(gòu)。其特點在于，一維孔道表面具有豐富的磺酸基位點（-SO3H），極大地促進了質(zhì)子傳遞。

圖2. But-8(Cr)A的質(zhì)子傳導性

研究人員認為，該材料的柔性結(jié)構(gòu)以及豐富的-SO3H位點，允許其在不同濕度環(huán)境下自適應(yīng)框架以確保質(zhì)子在水分子的輔助作用下，傳遞路徑保持暢通。因此，和其他MOF相比，這種含有高密度-SO3H的柔性MOF不僅在100%RH，80℃條件下具有高達1.27X10-1 S cm-1的質(zhì)子傳導性，而且在較寬的濕度和溫度范圍內(nèi)都不會發(fā)生急劇降低，可維持在較高傳導性狀態(tài)。

圖3. But-8(Cr)A優(yōu)異質(zhì)子傳導性能可能的機理

Fan Yang, Gang Xu, , Jian-Rong Li,Banglin Chen et al. A flexible metal–organic framework with a high density ofsulfonic acid sites for proton conduction. Nature Energy2017.

DOI:10.1038/s41560-017-0018-7

http://www.nature.com/articles/s41560-017-0018-7

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