中科院福建物構所王瑞虎課題組&徐剛課題組：共價有機膠質子傳導研究取得進展

【成果簡介】

近日，中國科學院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室王瑞虎課題組和徐剛課題組合作，通過均三酰肼和對苯二甲醛的席夫堿反應制備了系列含酰腙基元的COGs，該COGs可包裹大量的H₃PO₄等無機酸和極性溶劑分子，其豐富的網絡結構和廣泛存在的氫鍵能夠有效的“鎖住”H₃PO₄分子。其在-40℃條件下電導率可高達3.9×10^-4?S/cm并且能夠穩定至少250?h，這是目前為止報道的電導率最高的低溫質子傳導材料。此外，這些材料具有優越的機械性能，可根據實際應用塑造成任意形狀。該研究近期以題為“Inorganic Acid-Impregnated Covalent Organic Gels as High-Performance Proton-Conductive Materials at Subzero Temperatures”發表在Advanced?Functional?Materials上。

【圖文導讀】

圖1 示意圖和性能表征

a）合成COG的示意圖。

b）1,4-鄰苯二甲醛（M1），苯-1,3,5-三酰肼（M2）和TBCH，COGs和COG-干凝膠的FTIR光譜。

c）在30-200℃和30-60℃（插圖）的溫度范圍內的COG的TGA曲線。

圖2 COG-1的自我維持和可加工的行為

a）從合成的小瓶中取出COG-1。

b）COG-1被定制成切片。

c）切片高曲率彎曲。

d）壓縮前COG-1的應力應變實驗。

e）裂紋出現。

f）COG-1的應力-應變曲線。

【研究內容】

質子交換膜燃料電池在低溫環境下工作通常會出現嚴重的功率損耗甚至損毀，這制約了其在寒冷高海拔地區的應用，因此開發新型低溫高效質子傳導材料既是嚴峻挑戰也是迫切需求。共價有機膠（Covalent Organic Gels, COGs）是有機構筑基元在聚合過程中形成的一種中間聚集體，能“鎖住”大量的客體分子并快速傳質，這種獨特的性質有利于質子載體在膠體網絡中的大量聚集和快速移動。然而，COGs在質子傳導領域的研究和利用目前未有報道。

該研究成果為低溫質子傳導材料研究和寒冷高海拔地區的使用提供了新思路。

原文鏈接：http://www.cas.cn/syky/201709/t20170907_4613682.shtml

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

本文由材料人編輯部石小梅編輯，點我加入材料人編輯部。

材料測試，數據分析，上測試谷。