Hydroxide Anion Transport in Covalent Organic Frameworks

化学 氢氧化物 离子交换 共价键 阳离子聚合 离子 电导率 无机化学 超分子化学 共价有机骨架 化学工程 高分子化学 有机化学 物理化学 分子 工程类 生物化学
作者
Shanshan Tao,Hong Xu,Qing Xu,Yuh Hijikata,Qiuhong Jiang,Stephan Irle,Donglin Jiang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (24): 8970-8975 被引量:63
标识
DOI:10.1021/jacs.1c03268
摘要

Hydroxide anion transport is essential for alkaline fuel cells, but hydroxide anion has an inherently low conductivity owing to its small diffusion coefficient and high mass. Ordered open channels found in covalent organic frameworks are promising as pathways to enable hydroxide anion transport, but this remains to be explored. Here we report designed synthesis of anionic covalent organic frameworks that promote hydroxide anion transport across the one-dimensional channels. Engineering cationic chains with imidazolium termini onto the pore walls self-assembles a supramolecular interface of single-file hydroxide anion chains in the channels. The frameworks facilitate hydroxide anion transport to achieve an exceptional conductivity of 1.53 × 10–2 S cm–1 at 80 °C, which is 2–6 orders of magnitude higher than those of linear polymers and other porous frameworks. Impedance spectroscopy at different temperatures and studies on deuterated samples reveal that hydroxide anions transport via a proton-exchange hopping mechanism. These results open a way to design framework materials for energy conversions via engineering an anionic interface.
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