合成具有高稳定性和高活性的多孔材料具有极高的难度，特别在应用于传感、催化、能量转化范围中的质子传输材料。新加坡国立大学江东林等报道了合成具有C=N化学键的共价有机框架化合物材料，并构建了一维纳米孔道结构，其中具有超共轭作用和诱导作用实现了稳定材料孔道结构的作用，N位点通过氢键相互作用稳定H3PO4分子。这种复合结构材料展现了2~8倍的质子传输性能提升。温度作用、分子动力学结果显示，质子传输过程中的活化能、重组能较低，这显著改善了质子的迁移率。
本文要点：
（1）材料合成步骤。使用1,3,5-三（4-氨基苯基）苯（TPB）、2,5-二甲基对苯二甲醛（DMeTP）作为基本材料，在水热环境中（1，2-二氯苯/丁醇：0.5 mL/0.5 mL，乙酸: 0.1 mL, 6 M）在120 ℃中反应3天。结果显示出构造了3.36 nm的六边形孔道，该孔道通过C=N键组成。FT-IR红外测试结果显示，1618 cm-1出现C=N振动的峰；固体NMR测试结果显示157.5 ppm对应于C=N的峰。
（2）使用H3PO4作为质子传输载体，并负载到孔道中，磷酸通过P=O…H-O和P-O…H-O相互作用进行质子传输。H3PO4的负载量达到266.6 %，负载后的复合材料的晶化程度非常低，H3PO4同样显示为无定形状态，FT-IR红外结果显示C=N的振动由1618 cm-1移动到1645 cm-1。分子动力学模拟结果显示，每层材料能够吸收57个H3PO4分子。TPB-DMeTP-COF是绝缘体材料，负载了H3PO4的H3PO4@TPB-DMeTP-COF为导体，电阻达到1.03 Ω，复合材料的导电性是单独H3PO4的2倍。质子传输在150，140，130，120，110，100 ℃中的导电性分别为1.60×10-1，1.34×10-1，7.59×10-2，5.90×10-2，4.43×10-2 S cm-1。
参考文献
Shanshan Tao, Lipeng Zhai, A. D. Dinga Wonanke, Matthew A. Addicoat, Qiuhong Jiang & Donglin Jiang*
Confining H3PO4 network in covalent organic frameworks enables proton super flow, Nature Commun 2020, 11, 1981
DOI: 10.1038/s41467-020-15918-1
https://www.nature.com/articles/s41467-020-15918-1
