质子导电材料的开发对高温（＞100 ℃）聚合物电解膜燃料电池（HT-PEMFCs）有重要意义，同时质子导电材料仍远未达到实际应用的程度。具有可调控纳米孔道的共价有机框架化合物（COF）目前正展现出具有较好的传输离子/分子的潜力，但是COF材料具有较差的稳定性抑制了其在这方面应用。有鉴于此，南京理工大学张根、京都大学Satoshi Horike等报道了一种自下而上的方法构建聚氟烷修饰的腙链接型二维COF，并系统性研究了其中不同氟烷链长度对材料在酸性溶剂中的稳定性和质子传输性能。

本文要点：

（1）

与其他对应的无氟COF材料，这种氟化COF材料的结构在强酸性中稳定性超好，这是由于氟化后的材料具有较强的疏水性（接触角为144°）。此外，材料中的超疏水1维通道能够作为大量磷酸进行无水环境腙的快速、长期质子导电，并且该过程在广泛的温度范围内都能够发生。

（2）

表征结果发现，在H₃PO₄修饰后，氟化的COF材料无水条件中的质子传输导电性达到4.2×10^-2 S m^-1（140 ℃），是目前修饰型COF材料质子传输性能最高的，同时是未氟化对比样品的4倍。通过固体NMR表征结果显示，H₃PO₄在COF通道中形成氢键相互连接，大多数的H₃PO₄具有较强的可移动性，同时COF结构为刚性，导致其具有快速质子传输性能。本文为通过孔结构设计进而实现功能性COF材料提供经验和范例。

作者介绍

张根，南京理工大学化工学院教授、博士生导师，在兰州大学大学获得本硕博学位(王锐院士)。先后在英国曼彻斯特大学（David Leigh院士）和日本京都大学（Susumu Kitagawa教授）从事多年科学研究。研究领域主要为有机合成、功能有机多孔材料合成及应用研究：具体包括新能源方面（离子传导、锂电池），催化方面（光解水、电催化、有机催化），环境应用（水处理、气体分离）以及器件（膜器件、光电器件）。

Satoshi Horike，京都大学细胞-物质科学综合研究所副教授，主要从事金属有机框架（MOF）和共价有机框架（COF）的玻璃态研究及其离子传导特性。

参考文献

Xiaowei Wu, You-lee Hong, Bingqing Xu, Yusuke Nishiyama, Wei Jiang, Junwu Zhu, Gen Zhang*, Susumu Kitagawa, and Satoshi Horike*

Perfluoroalkyl-functionalized Covalent Organic Frameworks with Superhydrophobicity for Anhydrous Proton Conduction, J. Am. Chem. Soc. 2020

DOI：10.1021/jacs.0c06474

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c06474