Extra Water- and Acid-Stable MOF-801 with High Proton Conductivity and Its Composite Membrane for Proton-Exchange Membrane

材料科学 质子 化学工程 质子交换膜燃料电池 电导率 复合数 金属有机骨架 复合材料 有机化学 吸附 化学 物理化学 物理 工程类 生物化学 量子力学
作者
Jin Zhang,Huijuan Bai,Qiu Ren,Hong‐Bin Luo,Xiao−Ming Ren,Zhengfang Tian,Shanfu Lu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:10 (34): 28656-28663 被引量:181
标识
DOI:10.1021/acsami.8b09070
摘要

Proton-exchange membranes (PEMs), characterized by selectively permitting the transfer of protons and acting as a separator in electrochemical devices, have attracted immense attention. The composite membrane, fabricated from organic polymer matrix and high proton-conducting metal–organic framework (MOF), integrates the excellent physical and chemical performances of the polymer and MOF, achieving collective properties for good-performance PEMs. In this study, we demonstrate that MOF-801 shows remarkable proton conductance with σ = 1.88 × 10–3 S cm–1 at 298 K and 98% relative humidity (RH), specifically, together with extra stability to hydrochloric acid or diluting sodium hydroxide aqueous solutions and boiling water. Furthermore, the composite membranes (denoted MOF-801@PP-X, where X represents the mass percentage of MOF-801 in the membrane) have been fabricated using the sub-micrometer-scale crystalline particles of MOF-801 and blending the poly(vinylidene fluoride)–poly(vinylpyrrolidone) matrix, and these PEMs display high proton conductivity, with σ = 1.84 × 10–3 S cm–1 at 325 K 98% RH. A composite membrane as PEM was assembled into H2/O2 fuel cell for tests, indicating that these membrane materials have vast potential for PEM application on electrochemical devices.
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