目前最先进的质子交换膜（PEMs）在低相对湿度下的电导率通常会明显降低，这阻碍了它们在燃料电池中的高效应用。通过预设计和结构定义明确的共价有机框架（COFs）有望应对上述挑战。但是，由于COFs材料的可加工性差，制造无缺陷，坚固的COFs膜是一项极其困难的任务。近日， 天津大学Zhongyi Jiang，Hong Wu等报道了一种自下而上的方法实现在水溶液中合成具有固有质子传导性质的COF（IPC-COF）纳米片（NUS-9）。

本文要点：

1）作者通过扩散和溶剂共介导调节，实现IPC-COF纳米片的受控成核和面内主导生长。合成的纳米片通过真空辅助自组装可加工成无缺陷，坚固的IPC-COF膜。

2）实验表明，具有结晶性和刚性离子纳米通道的IPC‐COF膜在较宽的湿度范围（30–98％）内显示出弱湿度依赖的电导率，比基准PEM的电导率高1-2个数量级；此外，在35％RH和80°C时，燃料电池的性能为 0.93 W cm⁻²，这归因于IPC‐COF膜优异的保水性和Grotthuss机理主导的质子传导。

该工作报道的大规模，高产量地合成高质量COFs纳米片的方法为制备面向应用的高性能COF膜和薄膜提供了基础。此外，在COF膜中使用结晶的刚性离子纳米通道来实现弱湿度依赖的质子传导的策略为开发新一代PEMs开辟了道路。

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

DOI: 10.1002/adma.202005565

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202005565