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科苑探骊 | 我校教师在共价有机骨架薄膜材料领域取得重要进展

发布日期:2021-04-29浏览次数:

近日,我校化学学院张宁教授、朱广山教授团队在共价有机骨架薄膜研究领域取得新进展。该研究首次采用表面引发聚合的策略,可控制备了超薄的自支持COF薄膜用于高效质子传导。该成果以“Surface-Mediated Construction of Ultrathin Free-standing Covalent Organic Framework Membrane for Efficient Proton Conduction”(表面调控法构筑超薄自支持共价有机骨架薄膜用于高效质子传导)为题,在国际知名期刊《德国应用化学》《Angewandte Chemie International Edition》(影响因子:12.96)上发表。

近年来,质子交换膜燃料电池在航空航天﹑轨道交通和新能源汽车等领域有着广泛的应用。作为燃料电池的核心部件,新型质子交换膜的开发成为当下研究热点。共价有机骨架(COF)材料是一类新型的有机多孔晶体材料,由于其具有规则的孔道和明确的化学结构,在质子传导领域引起了广泛的关注。然而,COF多为不溶和难加工的粉末,限制其在质子交换膜燃料电池中的应用。目前大多数报道是通过制备混合基质膜或者掺入酸性小分子来提高COF材料的质子传导性能。但是聚合物与COF粒子之间的相容性通常很差,导致粒子的团聚,降低了膜的性能。而且,小分子掺杂的方法中,孔道内的酸性小分子与聚合物中COF粒子的分布都无法准确控制。

针对以上问题,张宁教授、朱广山教授团队提出了表面引发聚合的方法制备了超薄的自支持COF薄膜。由于所制备COF膜具有有序的刚性骨架和丰富的磺酸基团,在质子传导性能方面具有突出优势。在30°C下,COF膜的传导率可达到0.20 S cm-1,在80°C下连续测量40h后,传导率没有下降,可稳定在0.54 S cm-1,这一性能远高于商用Nafion膜。该研究可能对COF在质子交换膜领域的制备提供新的制备手段,并有望成为新一代高性能COF膜的制备技术。

该文章的第一作者是化学学院博士研究生刘琳,通讯作者是化学学院教师张宁教授和朱广山教授。

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202104106

信息来源:东北师范大学官网

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