Improving Proton-Conducting Stability by Regulating Pore Size of MOF Materials through Mixed Grinding

材料科学 电导率 质子 复合数 质子交换膜燃料电池 研磨 化学工程 金属有机骨架 相对湿度 导电体 质子输运 复合材料 燃料电池 物理化学 化学 热力学 物理 量子力学 工程类 生物化学 吸附
作者
Jie Liu,Wenxuan Yan,Yingying Ma,Xinran Li,Jiajun Zhong,Xiaofeng Zheng,Zhe Liu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (26): 34240-34253 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsami.4c07876
摘要

An effective strategy to improve the proton conductivity of metal–organic frameworks (MOFs) is to regulate the pore size of composite materials. In this work, composite materials of MOF-808@MOG-808-X (X is the mass ratios of MOF-808 to MOG-808) was successfully prepared by grinding and blending. MOF-808@MOG-808-1:2 was optimal for its suitable pore structure, which facilitates the practical construction of hydrogen bonding networks, promotes rapid and stable proton conduction, and enables the proton conductivity, achieving a 1 + 1 > 2 effect. At 353 K and 93% relative humidity (RH), the maximum proton conductivity of MOF-808@MOG-808-1:2 reaches 1.08 × 10–1 S·cm–1. Next, MOF-808@MOG-808-1:2 was blended with chitosan (CS) to obtain composite proton exchange membranes (PEMs), namely, CS@MOF-808@MOG-808-1:2-Y (Y = 5%, 10%, or 15%) with the maximum proton conductivity reaching 1.19 × 10–2 S·cm–1 at 353 K and 93% RH for CS@MOF-808@MOG-808-1:2-10% with additional stability. The conductive mechanisms of the composite materials were revealed by activation energy calculation. This investigation not only proposes a simple grinding–blending method for the development of MOF-doped composite materials for proton conductivity but also provides a producting material basis for future applications of MOFs in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs).
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