ACS Appl. Mater. Interfaces: 通过原位非等价镍取代和酸性修饰In-OF中的1-D手性纳米通道提升质子导电率

质子导电材料因其在化学传感器、电解水、燃料电池及生物体系中的广泛应用而受到越来越多的关注。特别是金属-有机骨架(MOFs)被认为是下一代质子交换膜燃料电池的最佳候选材料。对比其他构型的MOFs，具有1-D通道的结构既能在特定空间内增强主客体相互作用，又能提高质子载体的各向异性运动。这些特性有利于获取丰富的质子源形成连续的氢键网络，从而提高质子导电率。

前期的研究中，课题组提出了一种基于二甲胺模板的非等价金属取代策略。通过Cd(II)对In(III)非等价取代，阴离子骨架引入了成倍二甲胺阳离子来平衡电荷。这一策略不仅使电导率提高两个数量级，也为增强孔道质子载体密度提供了一条简单高效的方法。为了将该策略进一步拓展在金属节点修饰上，经过大量的浏览筛选，张献明教授团队找到了一例手性3D骨架InOF-1，[In2(OH)2(BPTC)]·6H2O(BPTC4- = 3,3',5,5'-联苯四羧酸），其通道嫁接了螺旋分布的−OH基团。伴随着非等价Ni(II)对In(III)金属取代，同构的NiOF-1([Ni2(BPTC)(HCOOH)2]·3H2O)被成功制备出。该化合物通道内壁锚定了大量的甲酸，与吸附的水分子形成强O−H···O氢键。强相互作用及晶格H₂O分子移动已经让InOF-1展现了中等导电率(σ = 7.86×10-3 S/cm，328 K和95% RH)，酸性修饰纳米管壁、限制性体积和增强吸附H₂O分子的协同作用使NiOF-1在相同条件下展现出了3.41×10-2 S/cm的超高导电率。

相关成果以“In SituAliovalent Nickle Substitution and Acidic Modification of Nanowalls Promoted Proton Conductivity in InOF with 1D Helical Channel”为题发表在国际著名期刊《ACS Appl. Mater. Interfaces》上（2021, 32, 38289-38295）。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.1c09001。