在高温条件（≥100 ℃）中工作的质子交换膜燃料电池是具有较高的吸引力，因为更快的电化学反应速率和改善的催化剂中毒效果。但是，这导致需要更好的质子交换膜，需要更高的质子传输性能（比如在较低的潮湿氛围中），同时大量的质子交换膜需要在水的存在中工作。负载磷酸的质子传输膜能够在无水的环境中工作，但是难以实现较高的导电性和较好的稳定性。
最近，新加坡国立大学江东林和诺丁汉特伦特大学的研究者等设计合成了一种共价有机化合物材料，将磷酸限域在COF的孔道中，在160 ℃中展现了高达0.191 S cm-1的导电性，并将其工作发表在Nature Communication上。Nature Energy编辑James Gallagher对其工作在Nature Energy上进行亮点报道。
新加坡国立大学江东林等合成的这种COF材料中含有亚胺一维孔道结构，孔道大小达到3.36 nm，孔道上含有丰富的N位点，能够用来和磷酸分子结合。通过这种作用，实现了高磷酸负载量，并且在孔道中构建了氢键网络，并且在20 h内能够稳定工作，这种材料在强酸性、强碱性、氧化性环境中都能够稳定。之后的工作可能将这种结构的膜组装到器件中，考察其实际工作情况。
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。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
1. James Gallagher*
Working without water, Nature Energy 2020, 5, 358
DOI：10.1038/s41560-020-0629-2
https://www.nature.com/articles/s41560-020-0629-2
2. 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
