具有优良导电能力的金属-有机骨架(MOFs)对燃料电池、化学传感器和氧化还原流动电池至关重要，但难以同时实现大量质子载体、质子高迁移率和长期持久的质子传导，这促使人们探索一条简单、高效、通用的高质子导电MOFs路线。基于此，张献明教授团队提出了一种非等价金属取代策略实施于二甲胺基模板铟苯醌化合物In-BQ，且成功原位合成出同构骨架Cd-BQ。
研究表明，该策略能够在不修饰配体或交换质子有机分子的情况下获得丰富的质子源。In-BQ具有二维交叉通道的三维金刚石状结构，伴随着苯醌配体的原位形成，大量的−OH基团被修饰到孔隙的内壁上，它们与中性Me2NH和/或质子化Me2NH2+通过N−H···O建立氢键相互作用。多孔骨架中质子的高浓度已经导致了中等电导率的In-BQ（2.10×10-4 S cm-1，在303 K下95% RH）。值得注意的是，Cd(II)对In(III)的异价取代导致Cd-BQ中二甲基胺质子载体加倍，表明更频繁的跳跃和更丰富的迁移路径。这一指示得到了2.30×10-3 S cm-1超高质子电导率的认证。分子动力学模拟直观地阐明，与In-BQ相比，非等价取代的Cd-BQ具有较短的质子迁移距离，这与更多的质子数相结合，导致质子更频繁的跳跃和移动，这与实验结果一致。
相关成果以“Enhanced Proton Conductivity by Aliovalent Substitution of Cadmium for Indium in Dimethylaminium-Templated Metal Anilicates”为题发表在国际著名期刊《ACS Appl. Mater. Interfaces》上（2020, 12, 41605−41612）。我院博士生高慧为论文第一作者。张献明教授为论文的通讯作者。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c13125。
