金屬有機框架（MOF）材料具有高的表面積、豐富的結構可調性和功能性孔表面，可以容納多種客體分子作為質子載體，並能夠系統地調節質子濃度和遷移率，其作為固體電解質在燃料電池中受到了廣泛關注。
近日，福建師範大學化學與材料學院張章靜研究員課題組在團隊研究基礎上，綜述了MOFs在潮溼環境質子傳導、無水大氣質子傳導、單晶質子傳導以及燃料電池用MOF基膜等領域作為質子傳導多功能平臺的最新進展。
(1) 首先，選擇了幾種具有代表性的MOF作為平臺（例如MIL-101、UiO-66、HKUST-1和β-PCMOF-2），並闡述了一些通用或獨特的策略以改善其質子傳導性能。然後，詳細闡述了質子導體在較寬溫度範圍內工作(尤其是在低於0 °C的溫度下工作)的概念和重要性，這些材料在無水環境下表現出典型的質子導電行為。此外，還對質子轉移機理和各向異性傳導行為的研究進展進行了全面的討論，並總結了幾種有前途的MOFs作為組裝燃料電池的質子交換膜。(2) 最後闡述了MOF材料在質子導體領域仍存在的機遇和挑戰：i）MOF材料的水和熱穩定性已經大大提高，但它們的機械強度和可加工性尚未得到充分考慮。ii）烷基鏈線性聚合物官能化的有機配體可用於製造新型的基於聚MOF的質子導體，以改善其機械性能和加工性能。iii）在MOF通道內原位製備線性聚合物(如聚苯胺、聚(乙烯醇)、聚(丙烯酸))，不僅可以提供連續的質子傳導途徑，而且可以提高膜電極的組裝性能。iv）對於一些獨特的MOF樣品，由於其結構的無序或缺陷，對質子轉移機制的瞭解有限，限制了其合理製造。原位實驗或先進的表徵技術（如準彈性中子散射和固態核磁共振），以及理論計算有望研究其質子傳導機制。
MOFs作為質子導體通用平臺的示意圖（上）和研究進展的時間線（下）
論文以“Metal–Organic Frameworks as a Versatile Platform for Proton Conductors”為題發表在材料學領域頂級期刊Advanced Materials，2020, 1907090 (期刊影響因子25.809)。論文第一作者為2016級博士生葉應祥同學。
來源 福建師範大學
全文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adma.201907090
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