Interlayer confinement toward short hydrogen bond network construction for fast hydroxide transport

材料科学 氢氧化物 氢键 离子键合 离子 电子传输链 纳米技术 电导率 离子电导率 化学 电极 无机化学 分子 电解质 物理化学 有机化学 生物化学 冶金
作者
Ruixiang Guo,Yecheng Zhou,Dawei Wang,Yeming Zhai,Xiaofen Liu,Weijun He,Wen Ou,Rui Ding,Hao‐Li Zhang,Meiling Wu,Zhongyi Jiang,Kai‐Ge Zhou
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:11 (11)
标识
DOI:10.1126/sciadv.adr5374
摘要

Driven by boosting demands for sustainable energy, highly conductive hydroxide exchange membranes (HEMs) are urgently required in electrochemical conversion devices. The hydrogen bonds shorter than 2.5 angstrom are expected to accelerate the ion transport. However, short hydrogen bonds (SHBs) can hardly form naturally because of the electron-withdrawing capability of O atom, which impedes its applications in water-mediated ion transport. This work develops an interlayer confinement strategy to construct SHB networks in a two-dimensional (2D) nanocapillary assembled by bismuth oxyiodide (BiOI) nanosheets and boost the ionic conductivity of HEMs. With confined nanochannels and adjustable hydrophilic groups in BiOI-based HEMs, the number of SHBs increases by 12 times, creating a shortcut for the Grotthuss-type anion transport, which in turn affords a high ionic conductivity of 168 millisiemens per centimeter at 90°C, higher than polymeric HEM and 2D-based HEM. This work demonstrates the facile approach to generating SHB networks in 2D capillaries and opens a promising avenue to developing advanced HEMs.
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