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29
2026
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05
Small:8倍性能提升！新型MOF/聚合物复合质子交换膜实现2.81×10⁻² S/cm质子电导率
作者：
研究背景
随着全球能源需求的不断增长以及传统能源在可持续性与环境友好性方面的局限，非传统能源，尤其是燃料电池，因其清洁、*和可持续的特点受到广泛关注。在燃料电池中，质子传导是决定其性能的关键过程。近年来，金属有机框架材料因其结构可调、功能可设计以及优异的质子传导能力，成为开发新型质子传导材料的理想平台。MOFs可通过引入功能基团（如–SO₃H、–COOH、–OH等）或负载客体分子实现*质子传导。然而，单一MOF在实际应用中仍面临成膜性差、机械强度不足等问题。为克服这些挑战，研究者开始将MOFs引入聚合物基质中，构建质子交换混合基质膜。其中，PVDF和PVP因其良好的热稳定性、化学稳定性及成膜能力而受到重视。通过将MOF与PVDF/PVP复合，不仅能提升质子传导性能，还能增强膜的整体稳定性和耐久性，为开发*、低成本的质子交换膜提供了新的思路。
本文摘要
近年来，基于MOF的复合材料因其在开发用于燃料电池（FCs）的高性能、耐用的质子导体和质子交换膜（PEMs）方面的潜在应用，已成为有前景的第二代研究方向。在此背景下，本文以Zn(II)为金属中心，以4-吡啶甲胺（4-pa）和5-磺基间苯二甲酸钠盐（5-sip）作为质子传导配体，合成了一种新型混合配体MOF：{[Zn₂(4-pa)(5-sip)(H₂O)₃]⋅(H₂O)₃}ₙ（1）。质子电导率测试表明，化合物1在80°C和100%相对湿度下的电导率为3.44 × 10⁻³ S·cm⁻¹。为了进一步提高其实际应用性，将1掺入由饱和聚偏氟乙烯（PVDF）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）混合物组成的成本效益良好且合适的基质中，形成了一种质子交换混合基质膜（PEMMM），记为1@MMM-XX。值得注意的是，在相同测试条件下，含有40 wt.% 1的1@MMM-XX（即1@MMM-40）表现出显著提高的质子电导率，达到2.81 × 10⁻² S·cm⁻¹。这分别比纯化合物1和空白PVDF/PVP薄膜（1.71 × 10⁻³ S·cm⁻¹）在80°C下的电导率提高了近8倍和16倍，性能非常优异。其他制备的PEMMMs，例如1@MMM-10、1@MMM-20和1@MMM-30，也展示了令人信服的电导率值，分别为2.04 × 10⁻²、2.27 × 10⁻²和2.60 × 10⁻² S·cm⁻¹。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/lasN3VtmMAyL5ZmZ7vEnng
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