我院陈忠研博士/葛景园副教授在国际著名期刊《Inorganic Chemistry》发表学术论文

随着石油、煤炭等不可再生资源的不断减少，以及环境污染问题的日益严重，迫切需要开发新的、清洁的、可再生的能源材料。质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有高能量密度、无污染运行、快速启动以及易于安装和操作的优点，作为清洁能源受到人们的广泛关注。质子交换膜是确保PEMFC安全高效运行的关键部件，在其使用寿命中起着决定性作用。开发具有卓越导电性和优异稳定性的质子传导材料一直是人们所期望的。金属-有机骨架（MOFs）的结构可设计性、可调节的功能和丰富的主客交互作用，有利于构建广泛的氢键网络以进行质子传输，可作为新型固体电解质应用于质子交换膜。与此同时，MOFs也被认为是开发多功能材料的良好平台。通过在单相材料中引入两种或两种以上不同的功能单元，可以扩展其应用范围，以执行各种任务。超级电容器（SCs）作为MOF在电化学领域的另一个重要应用，因其高功率密度、快速充放电速率和优异的循环稳定性而备受关注。然而，直接利用MOFs作为创新型电极材料的研究相对缺乏，其在SCs储能应用的潜力正在接受评估。在此背景下，设计和构建新型质子导电MOFs并探索其作为SCs电极材料的潜力具有重要的意义。

该项工作中，以羧酸配体1,2,4,5-苯四羧酸（H4bta）和含氮配体4-氨基-3,5-二（4-吡啶基）-1,2,4-三唑（bpt）成功地合成了三种同构、高度稳定的三维MOFs [M(bta)0.5(bpt)(H2O)2·2H2O] (M = Co (1), Ni（2), Zn(3))。框架中存在多个配位水和晶格水分子，形成了丰富的氢键网络。在333 K下，MOFs 1-3的质子电导率最高达到了10-2 S m-1，与初始配体的质子电导率相比增加了2个数量级。虽然MOFs 1-3具有相同的结构，但是它们表现出截然不同的质子电导率，进一步的分析表明金属阳离子的配位能力和框架吸水能力是高质子传导性MOF设计开发中不可忽视的关键因素。这些见解对于质子导电材料构效关系的研究以及高质子导电性材料的设计开发提供了重要的见解。此外，在0.5 A g-1的电流密度下，MOF 1表现出61.13 F g-1的比电容，在5000次循环后电容保持率为82.4%，显示了其作为超级电容器电极材料在储能方面的应用潜力，进一步证明了MOFs的多功能性和广阔的应用前景。

相关研究成果以“Metal Effect on the Proton Conduction of Three Isostructural Metal−Organic Frameworks and Pseudo-Capacitance Behavior of the Cobalt Analogue”为题，近日发表在《Inorganic Chemistry》期刊上，我院2022级硕士研究生余梦倩为第一作者，温州大学为第一通讯单位，陈忠研博士、王海英副教授和葛景园副教授为共同通讯作者。该工作受到国家自然科学基金（21801054和21801127）、温州市基础科研项目（G2023012）和浙江省基金项目（LY20B010003）的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.4c02958

作者：陈忠研课题组

审核：雷云祥