山西大学：聚苯并咪唑COF实现高温超快且稳定的无水质子传导

近期，山西大学化学学科晶态材料研究所李娟博士的研究成果“Ultrafast and stable proton conduction in polybenzimidazole covalent organic frameworks via confinement and activation”发表在国际化学顶级期刊《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 12918-12923.）。

聚苯并咪唑是一种具有优异热稳定性的工程塑料，这种特性引发了人们对质子导电材料的广泛研究。然而，由于磷酸质子载流子泄漏和质子输运缓慢，这类材料遇到了挑战性的问题。晶态材料研究所李娟博士与新加坡国立大学江东林教授针对传统聚苯并咪唑类中高温质子导体所存在的问题，将苯并咪唑设计成为含有对称二氨基的聚合单体结构，利用COFs的组装原理构筑出一种具有超高有序孔道结构的类聚苯并咪唑COFs(PBI-COFs)，负载磷酸后，在100℃以上的广泛温度范围内实现超快而稳定的无水质子传导。

图1. (a) PBI-COF的合成原理图；（b）PBI-COFs的离子传输通道结构分析；（c）PBI-COFs的离子传导单元的单晶结构

本研究报告了一种设计多孔聚苯并咪唑框架的策略来解决这些关键的基本问题。内置的通道被设计成一维扩展、单向排列，并被整齐的磷酸完全占据，而苯并咪唑壁触发多点、多链、多类型相互作用，在空间上限制孔洞中的磷酸网络，并通过去质子化促进质子传导。该材料在低质子载流子含量和低活化能的情况下表现出超快和稳定的质子传导，这是质子传输所需要的一组特性。我们的研究结果为制备多孔聚苯并咪唑提供了一种设计策略，可用于能量转换应用。

李娟博士为该论文第一作者，山西大学为第一通讯单位。该工作得到了国家自然科学基金青年项目、山西省自然科学基金以及山西省高校科研创新项目的大力资助。

来源：山西大学、新材料资讯

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202101400