通常，在低相对湿度下，最先进的质子交换膜（PEMs）的电导率会显著降低，这无疑阻碍了其在燃料电池中的有效应用。具有预先设计和精准结构的共价有机框架（COF）有望解决上述挑战。由于COF材料的加工性差，因而制造具有无缺陷、坚固的COF膜充满极大挑战。

近日，天津大学姜忠义教授，吴洪教授报道了一种自下而上的方法，通过扩散和溶剂共介导的调制，在水溶液中合成了高结晶度的IPC-COF纳米片。然后将这些IPC-COF纳米薄片组装成无缺陷、坚固的薄膜。

文章要点

1）IPC-COF膜的结晶、刚性离子纳米通道中的强大毛细效应使其能够在低相对湿度下保持高效的保水和快速的质子传输。同时，IPC-COF膜在较宽的相对湿度范围内(30-98%)表现出弱的湿度依赖性电导率，在低相对湿度（30%）时，质子电导率比基准质子交换膜高出1-2个数量级。此外，由于IPC-COF膜优异的保水性和以Grotthuss机制为主的质子传导，在相对湿度为35%、温度为80°C时，燃料电池的性能达到了0.93 W cm⁻²。

2）该大规模、高产率地合成高质量的COF纳米片的方法有望成为制备面向应用的高性能COF膜和薄膜的平台。此外，提出的在COF膜中使用晶态、刚性离子纳米通道来实现弱湿度相关质子传导的策略代表了开发新一代质子交换膜的另一种范式。

3）考虑到COF材料已经成为高性能质子交换膜(PEM)的新兴构件，气体交叉问题是包括燃料电池在内的电化学器件中的关键问题。减少气体渗透的途径可以是：1)通过孔工程策略，如预先设计单体、合成后修饰等来减小孔径；2)优化整个燃料电池系统，如通过引入保护层来合理设计膜电极组件(MEA)。

Li Cao, et al, Weakly Humidity-Dependent Proton-Conducting  COF Membranes, Adv. Mater. 2020

DOI: 10.1002/adma.202005565

https://doi.org/10.1002/adma.202005565