一种新型高质子电导性、宽工作温度范围的质子导电材料

在燃料电池,氢传感器,氢泵,电解制备氢、有机物催化氢化和脱氢等领域,质子导电材料具有广泛应用。近年来,因三维框架结构的MOFs基质子导电材料具有可设计的晶体结构,可修饰的孔道表面性质,以及孔道内客体可被交换等特性,在中低温质子导电材料领域,MOFs可望成为新型质子导电材料。但是,在水和酸性环境中,MOFs材料易水解,具有较低化学稳定性,因而限制了该类材料在燃料电池等领域中实际应用。

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为提高三维框架结构质子导电材料对水和酸性化学环境的稳定性,以无机开放骨架代替三维金属-有机框架是一种有效的研究策略。金属硫簇开骨架化合物(无机框架)是一类骨架带负电荷的孔性杂化材料。通过合理选择质子载体作为其平衡离子,可设计制备兼具高化学稳定性和超质子电导性的性能优异质子导电材料。南京工业大学任小明教授课题组通过将HCl掺杂到开骨架化合物(C2N2H10)(C2N2H9)2Cu8Sn3S12孔道中,制备了金属硫簇开骨架杂化质子导电材料[email protected](C2N2H10)(C2N2H9)2Cu8Sn3S12在水和酸性环境中,杂化材料中的无机框架具有高化学稳定性。HCl掺杂极大地提高了开放骨架孔道中质子载体浓度,在零湿度环境中,该杂化材料表现出超质子导电性。在140至190 °C之间,其电导率高达10-2 S cm-1,可与商业化的Nafion质子导体相比。该杂化质子导电材料还具有宽的工作温度范围(-50至165 °C)。该项研究表明,作为一种新型有机-无机杂化质子导电材料,金属硫簇开骨架化合物有望在燃料电池等领域获得实际应用。相关文章发表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201504591)上。

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