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25
2026
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06
AFM:MOF与HOF如何重塑下一代质子交换膜
作者：
质子交换膜燃料电池（PEMFCs）因其高能量转换效率和零排放特性，在交通及固定式发电领域*具应用前景。质子交换膜（PEM）作为其核心部件，直接影响电池性能与寿命。自20世纪60年代杜邦公司开发以来，Nafion®全氟磺酸膜凭借其高质子电导率和化学稳定性，一直是PEM的基准材料。然而，其成本高昂、质子传导严重依赖水合状态，且无定形聚合物结构限制了分子级别的性能优化，成为亟待突破的瓶颈。为此，开发兼具高性能与低成本的新型PEM材料成为研究热点。近年来，结晶性多孔材料，特别是金属-有机框架（MOFs）和氢键有机框架（HOFs），凭借其结构可调、孔道规整且可构筑明确质子传输路径的优势，作为新兴的固态电解质材料受到了广泛关注。
本文摘要
结晶性多孔材料，尤其是金属-有机框架（MOFs）和氢键有机框架（HOFs），由于其结构可调性和明确的质子传输路径，作为燃料电池用质子交换膜（PEMs）已引起广泛关注。尽管MOFs和HOFs的质子传导性能已被广泛研究，但它们在PEMs中的比较作用及潜在的设计原理仍未得到充分阐明。本综述对MOFs和HOFs的设计策略进行了比较分析，重点关注配位键和氢键在框架稳定性及质子传输中的作用。总结了结构工程方面的新进展，包括本征功能化、电荷辅助氢键网络，以及基于亲水性控制、客体相互作用和结构柔性的策略。同时，也讨论了基于MOF和HOF的复合膜及层状自支撑膜的发展。概述了在可规模化制备、运行稳定性、机理理解和经济可行性方面的关键挑战，以期为面向能源应用的结晶性质子传导材料的合理设计提供指导。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/M_rChFZWfUGPXFHPhNfYMw
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