1. Nature Commun.：利用鈣鈦礦型光電陰極和木質(zhì)纖維生物質(zhì)實(shí)現(xiàn)在19.8 mA cm?2的無偏壓太陽(yáng)能制氫
太陽(yáng)能制氫是實(shí)現(xiàn)碳中性、可持續(xù)社會(huì)所需的終極技術(shù)之一。然而，高耗能的水氧化半反應(yīng)以及傳統(tǒng)無機(jī)光催化劑的低性能一直是太陽(yáng)能氫氣制備實(shí)用化的一大障礙。近日，蔚山科學(xué)技術(shù)院Jungki Ryu，Ji-Wook Jang，Sung-Yeon Jang報(bào)道了一種將鈣鈦礦基光電陰極與LC生物量相結(jié)合的光電化學(xué)電池，其光電流密度為20 mA cm?2。
本文要點(diǎn)：
1）值得注意的是，通過降低經(jīng)由生物質(zhì)氧化的氧化半反應(yīng)的電位(< 0.8 V)，在沒有任何額外的偏壓和麻煩的O2排放的情況下，實(shí)現(xiàn)了具有接近單位法拉第制氫效率的高太陽(yáng)能制氫生產(chǎn)率，并用鈣鈦礦基光電陰極獲得整個(gè)可見光光譜。此外，利用磷鉬酸(PMA)作為可溶性催化劑和電子/質(zhì)子介體，從固體LC生物質(zhì)中容易地提取電子。
2）這種結(jié)構(gòu)允許使用各種形式的生物質(zhì)，包括不能用于直接電化學(xué)氧化的木質(zhì)素和木質(zhì)纖維素等不溶于水的固體生物質(zhì)。此外，當(dāng)使用LC生物質(zhì)時(shí)，木質(zhì)素可以通過氧化選擇性地解聚生成有價(jià)值的芳香族化合物，而其他木質(zhì)纖維素成分如纖維素和半纖維素幾乎保持不變。
3）該太陽(yáng)能制氫系統(tǒng)可穩(wěn)定運(yùn)行20h，沒有明顯的性能下降。因此，所提出的策略為先進(jìn)的太陽(yáng)能制氫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和LC生物質(zhì)碳中和的更廣泛應(yīng)用提供了見解。
Choi, Y., Mehrotra, R., Lee, SH. et al. Bias-free solar hydrogen production at 19.8?mA?cm?2 using perovskite photocathode and lignocellulosic biomass. Nat Commun 13, 5709 (2022).
DOI：10.1038/s41467-022-33435-1
https://doi.org/10.1038/s41467-022-33435-1
2. Nature Commun.：氫取代石墨炔包裹的氧化亞銅光電陰極用于高效穩(wěn)定的光電化學(xué)水分解
光電化學(xué)(PEC)水分解是一種吸引人的“綠色”制氫方法。天然p型半導(dǎo)體Cu2O是最有前途的直接制氫光電陰極候選材料之一。然而，Cu2O基光電陰極仍然存在嚴(yán)重的自光腐蝕和快速表面電子-空穴復(fù)合問題。近日，華東師范大學(xué)張中海教授提出并制備了一種氫取代石墨炔（HsGDY）包裹的Cu2O納米線（HsGDY@Cu2O NWs）光電陰極。
本文要點(diǎn)：
1）研究人員以1，3，5-三乙基苯（TEB）為前驅(qū)體，在Cu2O NWs表面通過銅(I)離子介導(dǎo)的Gaser偶聯(lián)反應(yīng)原位生成HsGDY。
2）HsGDY@Cu2ONWS光電陰極在0 V（vs. RHE）電壓下顯示出高的光電流密度（?12.88 mA cm?2），接近AM 1.G太陽(yáng)光照射下Cu2O光電陰極的理論光電流密度，并且獲得了2%的高光電轉(zhuǎn)換效率。此外，HsGDY@Cu2O NWS光電陰極具有良好的穩(wěn)定性，在PEC工作24 h后，光電流密度損失僅為7.5%。
3）高效的PEC性能和高穩(wěn)定性使HsGDY@Cu2O NWs光電陰極的產(chǎn)氫速率達(dá)到218.2±11.3 μmol h?1 cm?2。此外，HsGDY@Cu2O NWs光電陰極已經(jīng)集成到聚光太陽(yáng)光系統(tǒng)中，在10天的光照下獲得了?50.7 mA cm?2的高光電流密度和861.1±2 4.8 μmol h?1 cm?2的產(chǎn)氫速率。
4）HsGDY具有保護(hù)層、電子傳輸層和動(dòng)力學(xué)催化層的多功能。因此，HsGDY雙功能膜的原位包覆策略為合理設(shè)計(jì)高效穩(wěn)定的PEC水分解的Cu2O基光陰極開辟了一條新的途徑。
Zhou, X., Fu, B., Li, L. et al. Hydrogen-substituted graphdiyne encapsulated cuprous oxide photocathode for efficient and stable photoelectrochemical water reduction. Nat Commun 13, 5770 (2022).
DOI：10.1038/s41467-022-33445-z
https://doi.org/10.1038/s41467-022-33445-z
3. Nature Commun.: 分子鐵電鍵合工程制備壓電儲(chǔ)能材料
壓電材料廣泛用于能量收集和可穿戴設(shè)備。然而，在壓電家族中，有兩對(duì)特性，改進(jìn)其中一個(gè)通常會(huì)損害另一個(gè)，這限制了它們的應(yīng)用。第一對(duì)是壓電應(yīng)變和電壓常數(shù)，第二對(duì)是壓電性能和機(jī)械柔軟度。
在這里，南洋理工大學(xué)Yuzhong Hu，Pooi See Lee和Hong Jin Fan報(bào)告了一種分子鍵弱化策略，以緩解有機(jī)-無機(jī)混合壓電體中的這些問題。通過引入大尺寸鹵化物元素，可以有效地弱化金屬鹵化物鍵，從而對(duì)鍵強(qiáng)度產(chǎn)生軟化作用，降低極化轉(zhuǎn)換勢(shì)壘。
本文要點(diǎn)：
1）本研究得到的固溶體C6H5N(CH3)3CdBr2Cl0.75I0.25表現(xiàn)出優(yōu)異的壓電常數(shù)（d33=367?pm/V，g33=3595×10?3?Vm/N），能量收集性能（功率密度為11?W/m2），和優(yōu)異的機(jī)械柔軟度（0.8?GPa）。
2）研究通過引入大尺寸鹵化物元素，可以有效地弱化金屬鹵化物鍵，從而對(duì)鍵強(qiáng)度產(chǎn)生軟化作用，降低極化轉(zhuǎn)換勢(shì)壘。得到的固溶體有望將這種混合材料用作高性能軟壓電材料。
Hu, Y., Parida, K., Zhang, H. et al. Bond engineering of molecular ferroelectrics renders soft and high-performance piezoelectric energy harvesting materials. Nat Commun 13, 5607 (2022).
DOI：10.1038/s41467-022-33325-6
https://doi.org/10.1038/s41467-022-33325-6
4. Nature Commun.：工業(yè)級(jí)析氫反應(yīng)中快速完全重構(gòu)產(chǎn)生實(shí)際活性組分
電化學(xué)重構(gòu)的合理調(diào)控和活性起源的探索是實(shí)現(xiàn)電催化劑活性優(yōu)化的重要基礎(chǔ)，但也頗具挑戰(zhàn)性。南京航空航天大學(xué)彭生杰教授等研究了MXene納米片包覆CoC2O4異質(zhì)結(jié)構(gòu)(CoC2O4@MXene)在析氫反應(yīng)(HER)過程中的快速完全重構(gòu)策略。
本文要點(diǎn)：
1）自組裝的CoC2O4@MXene納米管結(jié)構(gòu)具有較高的電子可及性和豐富的電解質(zhì)擴(kuò)散通道，有利于快速完全重構(gòu)。這種快速重構(gòu)產(chǎn)生了由CoC2O4轉(zhuǎn)化而來的新的催化活性物質(zhì)Co(OH)2，并與MXene耦合，促進(jìn)電荷轉(zhuǎn)移，降低Volmer步驟的自由能，從而實(shí)現(xiàn)快速HER動(dòng)力學(xué)。
2）重構(gòu)的組分在堿性條件以及在10和1000 mA cm?2下的過電位為28和216 mV，在天然海水中具有良好的活性和穩(wěn)定性。該研究為理解高能氧化過程中實(shí)際活性組分的形成提供了新的見解，并為研制高性能電催化劑開辟了新的途徑。
Wang, L., Hao, Y., Deng, L. et al. Rapid complete reconfiguration induced actual active species for industrial hydrogen evolution reaction. Nat Commun 13, 5785 (2022).
DOI: 10.1038/s41467-022-33590-5
https://doi.org/10.1038/s41467-022-33590-5
5. JACS: 具有超質(zhì)子電導(dǎo)的共晶CsHSO4配位聚合物玻璃
CsHSO4中的超質(zhì)子相變可以實(shí)現(xiàn)快速的質(zhì)子傳導(dǎo)，但只能在141 °C（Tc）以上的溫度下進(jìn)行。近日，京都大學(xué)Satoshi Horike發(fā)現(xiàn)，H+導(dǎo)電的配位聚合物和金屬?有機(jī)骨架（CP/MOF）玻璃是一種適合于雜化CsHSO4的基質(zhì)，在寬的溫度范圍內(nèi)具有高的H+導(dǎo)電性和成型性。
本文要點(diǎn)：
1）CsHSO4在熔化時(shí)可與磷酸鋅唑CP [[(Zn(HPO4)(H2PO4)2](H2Im)2，ZnPIm，H2Im表示單質(zhì)子咪唑]混溶，產(chǎn)生均勻的玻璃。此外，還發(fā)現(xiàn)了具有共晶行為的混合物的熔化事件的變化。
2）該二元系統(tǒng)顯示出在低于大塊CsHSO4的Tc時(shí)仍能保持超質(zhì)子導(dǎo)電性（120 °C時(shí)為1.7 mS cm-1），而不會(huì)損害其在超質(zhì)子相溫度時(shí)的導(dǎo)電性（180 °C時(shí)為6.3 mS cm-1），也不需要加濕。此外，玻璃態(tài)的較軟特性允許制備高度透明的整料，其厚度在1 mm至2.5 μm范圍內(nèi)可控，其中在65 ℃下粘度可達(dá)到103 Pa·s以下。
3）研究人員通過可變溫度表征、31P和1H固態(tài)NMR闡明了結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和增強(qiáng)的質(zhì)子動(dòng)力學(xué)以保持超質(zhì)子導(dǎo)電性。
Nattapol Ma, et al, Eutectic CsHSO4?Coordination Polymer Glasses with Superprotonic Conductivity, J. Am. Chem. Soc., 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c08624
https://doi.org/10.1021/jacs.2c08624
6. JACS: 芳香親核取代反應(yīng)構(gòu)建氰酸酯鏈接的COF
利用動(dòng)態(tài)共價(jià)化學(xué)構(gòu)建的共價(jià)有機(jī)框架（COF）作為一類結(jié)晶性多孔材料，在近二十年間發(fā)展十分迅速。COF結(jié)構(gòu)單元之間的鏈接通常具有可逆性，因而可以修復(fù)結(jié)構(gòu)缺陷，最終形成有序的框架。聚氰酸酯是一類應(yīng)用廣泛的高穩(wěn)定性材料。但由于現(xiàn)有合成氰酸酯結(jié)構(gòu)的方法均為不可逆反應(yīng)，而且聚氰酸酯中含有柔性的C-O-C鏈接，目前基于氰酸酯的結(jié)晶性多孔共價(jià)有機(jī)框架從未被成功直接制備過。
近日，美國(guó)科羅拉多大學(xué)張偉教授課題組開發(fā)出了動(dòng)態(tài)芳香親核取代反應(yīng)，并將其不僅用于了可閉環(huán)回收可鍛塑熱固性新材料的制備，還用來制備了一系列穩(wěn)定，孔徑可調(diào)，具有高二氧化碳/氮?dú)馕竭x擇性的由氰酸酯鏈接的共價(jià)有機(jī)框架。
本文要點(diǎn)：
1）本工作首次利用了動(dòng)態(tài)芳香親核取代反應(yīng)構(gòu)建了具有高晶性的由氰酸酯鏈接的共價(jià)有機(jī)框架（CN-COFs）。由于層間氫鍵的存在，CN-COFs展現(xiàn)了少見的AA’堆積。
2）研究表明該類材料具有極高穩(wěn)定性和優(yōu)秀的二氧化碳/氮?dú)馕竭x擇性，在多個(gè)領(lǐng)域中有著極大的應(yīng)用前景。
Zepeng Lei, Lacey J. Wayment, Jackson R. Cahn, et al. Cyanurate-Linked Covalent Organic Frameworks Enabled by Dynamic Nucleophilic Aromatic Substitution. J. Am. Chem. Soc. 2022.
DOI：10.1021/jacs.2c00778
https://doi.org/10.1021/jacs.2c00778
7. JACS：協(xié)同水氧化的共價(jià)有機(jī)框架
尋求可持續(xù)能源，減少化石能源消耗及消除環(huán)境影響已經(jīng)迫在眉睫。受自然光系統(tǒng)II（OEC-PSII）中的氧氣合成物啟發(fā)，通過利用太陽(yáng)能水分解，可以幫助緩解這場(chǎng)危機(jī)。而解決水衍生制氫的關(guān)鍵是解決緩慢的氧氣生成的半反應(yīng)，雖然模擬自然光系統(tǒng)II以實(shí)現(xiàn)高效水氧化的努力已經(jīng)擴(kuò)展到有機(jī)和無機(jī)組合的范圍，然而，迄今為止，也僅限于均相催化劑，而非其原始的多相形態(tài)以及對(duì)機(jī)械路徑的結(jié)構(gòu)理解和控制較差，這些都會(huì)阻礙整體的發(fā)展。今日，德國(guó)馬克西米利安大學(xué)Florian Beuerle、 Frank Würthner合成了一種用于化學(xué)和光化學(xué)水氧化的高結(jié)晶共價(jià)有機(jī)骨架（COF）。
本文要點(diǎn)：
1）互穿結(jié)構(gòu)能夠確保催化劑的穩(wěn)定性，并且催化劑的性能在多次循環(huán)后保持不變。
2）迄今為止，它是這類結(jié)構(gòu)中活性最高的催化劑，其中氧氣析出率高達(dá)～26000μmol L-1 s-1（二階速率常數(shù)k≈ 1650μmol L s-1 g-2）。
3）在非常稀的條件下，催化劑也表現(xiàn)出不錯(cuò)的光驅(qū)動(dòng)水氧化活性（k≈ 1600μmol L s-1 g-2）。與非晶態(tài)聚合物相比，這種COF結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)中金屬中心之間的協(xié)同作用在化學(xué)和光催化水氧化過程中具有20-30倍的優(yōu)異活性。
Suvendu Karak, Vladimir Stepanenko, Matthew A. Addicoat, Philipp Ke?ler, Simon Moser, Florian Beuerle, and Frank Würthner A Covalent Organic Framework for Cooperative Water Oxidation JACS (2022)
DOI: 10.1021/jacs.2c07282
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c07282
8. Angew：調(diào)整金屬-有機(jī)骨架的暴露面助力高倍率堿性水系鋅電池
金屬有機(jī)骨架(MOF)作為一種很有前途的充電電池電極候選材料，受到了越來越多的關(guān)注。然而，大多數(shù)研究都集中在直接使用MOF電極上，而不進(jìn)行任何改性。合成后修飾是修飾MOF靶向性質(zhì)的一種明智的工具，但在電池領(lǐng)域一直被忽視。基于此，松山湖材料實(shí)驗(yàn)室Hongfei Li，華南師范大學(xué)Lingzhi Zhao，香港城市大學(xué)支春義教授采用了一種熱修飾策略來實(shí)現(xiàn)MOF電極的暴露面調(diào)節(jié)。
本文要點(diǎn)：
1）通過簡(jiǎn)單的熱處理，以(110)面為主的PFC-8可以轉(zhuǎn)變?yōu)楦?020)和(200)面的PFC-8 350，在每個(gè)不對(duì)稱單元中顯示出額外的Ni位點(diǎn)。
2）Zn||PFC-8 350電池表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能，在2.5 A g-1下的放電容量為139.4 mAh g-1，即使在30 A g-1的大電流密度下，容量仍保持在110.0 mAh g-1。此外，電池的最大功率密度可達(dá)42.7 kW kg-1，甚至可以與許多超級(jí)電容器相媲美。不同電流密度下GCD曲線的小極化進(jìn)一步證明了其快速的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)。
3）非原位表征表明，PFC-8350中的Ni和N物種均可作為電化學(xué)過程的活性中心。重復(fù)配位單元中的Ni3+/Ni2+和N+/N0氧化還原反應(yīng)分別在1.75 V和1.2 V處貢獻(xiàn)了不同的放電平臺(tái)。密度泛函理論（DFT）計(jì)算結(jié)果表明，PFC-8 350比PFC-8表現(xiàn)出更強(qiáng)的OH-吸附行為和優(yōu)化的電子結(jié)構(gòu)，具有更高的容量和更出色的倍率性能。
這種通過簡(jiǎn)單的熱改性策略來調(diào)節(jié)暴露面的可及性，有望為設(shè)計(jì)各種電池的高性能MOF電極提供新的見解。
Shuo Yang, et al, Regulating Exposed Facets of Metal-Organic Frameworks for High-rate Alkaline Aqueous Zinc Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202209794
https://doi.org/10.1002/anie.202209794
9. Angew.: 鋅MOF對(duì)C6烷烴異構(gòu)體進(jìn)行選擇性分離
工業(yè)化學(xué)分離過程中消耗的能源約占世界總能耗的10-15%，其中，烷烴異構(gòu)體(主要是C5-C7)的分離是汽油生產(chǎn)的一個(gè)重要過程。因此，支鏈烷烴具有更高的RON值，是優(yōu)質(zhì)的汽油組分，具有低RON的線性烷烴必須從混合物中去除。另一方面，在乙烯的生產(chǎn)過程中，支鏈烷烴的存在會(huì)降低乙烯的產(chǎn)率。
在石化工業(yè)中高效分離C6烷烴異構(gòu)體，是一個(gè)艱巨的挑戰(zhàn)。華南理工大學(xué)Qibin Xia，深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院Hao Wang，Jing Li等人報(bào)道了一種Zn-MOF，可以將正己烷(nHEX)、3-甲基戊烷(3MP)從2,2-二甲基丁烷(22DMB)中高效分離,具有良好的吸附性能和高選擇性。動(dòng)態(tài)穿透實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了Zn-tcpt對(duì)C6烷烴異構(gòu)體具有良好的分離效果，通過從頭算建模驗(yàn)證了Zn-tcpt對(duì)C6烷烴異構(gòu)體的分離機(jī)理。
本文要點(diǎn)：
1）本文合成了微孔鋅MOF可以有效地從C6烷烴異構(gòu)體中分離出22DMB。由于Zn-tcpt具有較大的比表面積和最佳的孔徑，因此在同類型吸附劑中表現(xiàn)出極高的吸附容量和高選擇性。
2）本文還研究了多組分動(dòng)態(tài)穿透測(cè)試其出色的實(shí)際分離能力。總之，本研究提出了一種新的分離C6烷烴異構(gòu)體的基準(zhǔn)吸附劑，并為設(shè)計(jì)具有高效分離能力的MOFs材料提供了新的思路。
Liang Yu, Saif Ullah, Hao Wang. et al. High-Capacity Splitting of Mono- and Dibranched Hexane Isomers by a Robust Zinc-Based Metal–Organic Framework. (2022).
DOI：10.1002/anie.202211359
https://doi.org/10.1002/anie.202211359
10. Angew：具有拉脹凹孔結(jié)構(gòu)的鉍基金屬有機(jī)骨架用于高效裂解烷烴異構(gòu)體
將二支化烷烴從其異構(gòu)體中分離出來對(duì)于汽油升級(jí)以獲得高辛烷值至關(guān)重要，但是非常具有挑戰(zhàn)性并且是能量密集型的過程。近日，新加披國(guó)立大學(xué)趙丹教授報(bào)道了在Bi基MOF，UU-200中，通過結(jié)合分子識(shí)別和篩分實(shí)現(xiàn)對(duì)己烷異構(gòu)體的高效分離。
本文要點(diǎn)：
1）UU-200獨(dú)特的拉脹結(jié)構(gòu)具有由窄孔窗口連接的凹入式蜂窩狀孔腔，這使得UU-200能夠完全排除雙支鏈烷烴，并對(duì)直鏈和單支鏈異構(gòu)體具有較高的分離能力。
2）研究人員通過吸附等溫線和動(dòng)態(tài)穿透實(shí)驗(yàn)證實(shí)了分子篩分效應(yīng)、前所未有的分離選擇性和卓越的效率，獲得了高辛烷值(> 96)，展示了在環(huán)境條件下烷烴分離的基準(zhǔn)。
3）研究人員通過理論模擬和原位傅里葉變換紅外光譜揭示了UU-200的分子識(shí)別機(jī)理。
Zhaoqiang Zhang, et al, Efficient Splitting of Alkane Isomers by a Bismuth-based Metal-Organic Framework with Auxetic Reentrant Pore Structures, Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202211808
https://doi.org/10.1002/anie.202211808
11. Angew：基于碳@共價(jià)有機(jī)骨架氣凝膠的電化學(xué)雙層電容器
對(duì)能源的高需求導(dǎo)致了對(duì)能源和存儲(chǔ)應(yīng)用新材料的綜合研究。共價(jià)有機(jī)骨架(COFs)具有長(zhǎng)程有序、永久孔隙率、可調(diào)節(jié)孔徑和離子擴(kuò)散途徑等適宜的特性，是一種具有競(jìng)爭(zhēng)力的電極材料。馬德里自治大學(xué)Felix Zamora等對(duì)兩個(gè)COFs氣凝膠通過簡(jiǎn)單的壓縮方法制成柔性COFs電極(ECOFs)來制備電化學(xué)雙層電容(EDLC)進(jìn)行了深入的電化學(xué)研究。
本文要點(diǎn)：
1）與電池相比，該儲(chǔ)能系統(tǒng)具有較高的功率密度和較長(zhǎng)的循環(huán)壽命。研究結(jié)果證實(shí)了ECOFs作為EDLC器件的優(yōu)異表現(xiàn)，在10000次充放電循環(huán)后，其容量保留率幾乎達(dá)到100%。在較高掃描速率(1000 mV s-1)下，COFs在水溶液電解質(zhì)中具有最高的面積電容(9.55 mF cm-2)。
2）更重要的是，在ECOFs中觀察到的分層孔隙增加了離子傳輸，這允許快速的界面極化(低τ0值)。這為利用ECOFs作為新型電極材料制備EDLC器件提供了思路。
Martin-Illan, J., Sierra, L., Ocón, P. and Zamora, F. (2022), Electrochemical Double-Layer Capacitor based on Carbon@ Covalent Organic Framework Aerogels. Angew. Chem. Int. Ed.. Accepted Author Manuscript.
DOI: 10.1002/anie.202213106
https://doi.org/10.1002/anie.202213106
12. Angew: COF中超快質(zhì)子傳導(dǎo)的限制與活化
質(zhì)子傳導(dǎo)材料是燃料電池的關(guān)鍵，燃料電池以直接、綠色和高效的方式將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。無水質(zhì)子傳導(dǎo)材料在 100 ℃ 以上的溫度下工作，可實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)力學(xué)并提高效率。在過去的幾十年里，研究人員一直專注于將聚苯并咪唑（PBI），一種經(jīng)典的工程塑料，與純磷酸復(fù)合來構(gòu)建無水質(zhì)子傳導(dǎo)系統(tǒng)。然而，傳統(tǒng)的無規(guī)PBI聚合物很難組織形成可以穩(wěn)定H3PO4 網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，并面臨與結(jié)構(gòu)相關(guān)的瓶頸。
鑒于上述問題，山西大學(xué)李娟博士與新加坡國(guó)立大學(xué)江東林教授針對(duì)傳統(tǒng)聚苯并咪唑類中高溫質(zhì)子導(dǎo)體所存在的問題，將苯并咪唑設(shè)計(jì)成為含有對(duì)稱二氨基的聚合單體結(jié)構(gòu)，利用COFs的組裝原理構(gòu)筑出一種具有超高有序孔道結(jié)構(gòu)的類聚苯并咪唑COFs(PBI-COFs)，負(fù)載磷酸后，在100 oC以上的廣泛溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)超快而穩(wěn)定的無水質(zhì)子傳導(dǎo)。
本文要點(diǎn)：
1）本文展示了PBI-COFs具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠?qū)⒘姿峥臻g限制在孔隙中，在孔壁觸發(fā)磷酸網(wǎng)絡(luò)的多點(diǎn)、多鏈和多類型靜電和氫鍵相互作用下，激活了質(zhì)子傳導(dǎo)系統(tǒng)的質(zhì)子化以及去質(zhì)子化的過程。
2）這種策略不僅提供了在低 H3PO4 含量下實(shí)現(xiàn)超快質(zhì)子傳導(dǎo)的有序路徑，而且還鎖定了網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)高溫下的穩(wěn)定性能。聚苯并咪唑 COF 能夠結(jié)合無水質(zhì)子傳導(dǎo)性、性能穩(wěn)定性、低質(zhì)子載流子含量和低熱活化能等優(yōu)點(diǎn)于一身。
Lawrence, J., Berdonces-Layunta, A., Edalatmanesh, S. et al. Ultrafast and stable proton conduction in polybenzimidazole covalent organic frameworks via confinement and activation.
DOI：10.1002/ange.202101400
https://doi.org/10.1002/ange.202101400
