近日，先进功能多孔材料团队在化工三大刊《Chemical Engineering Science》上发表题为《Tuning sulfonated crystalline nanochannels to accelerate proton transport in aramid nanofibers-reinforced CONs membranes》的研究成果。欧乐影院
李萍副教授为论文第一作者，潘勤鹤教授为论文通讯作者。
氢燃料电池作为高效、零碳排的能源转换装置，其核心部件质子交换膜的性能直接决定着电池的效率和寿命。共价有机框架（COFs）是一类由共价键连接形成的结晶多孔聚合物材料，具有结构可调、孔道规整、稳定性好等特点。其中，二维的共价有机框架纳米片（CONs）因其纳米厚度和易于成膜的特性，已成为质子传输领域备受关注的膜构筑基元。然而，CONs片层间连接不足会导致其膜材料的完整性和致密性有所牺牲。此外，孔道纳米结构与质子传导率之间的直接关联尚不明确。
基于此，此研究合成了三种具有相似骨架但不同孔道微观结构的磺化CONs，通过改变界面聚合反应胺单体和溶剂的类型，调控了磺化CONs的孔径、结构有序性、−SO₃H基团间距/数量、片层厚度及横向尺寸。采用从凯夫拉纤维中剥离出的芳纶纳米纤维（ANFs）作为纳米粘合剂，通过简便的抽滤重堆叠策略，将三种磺化CONs牢固地“桥接”在一起，制备了一系列结构完整、机械性能优异的以CONs作为主要构筑基元的复合膜。ANFs桥连的磺化CONs基复合膜获得了致密的内部结构、良好的磺化度/表面亲水性，以及优异的尺寸/机械/热/抗氧化/化学稳定性。研究发现，−SO₃H基团距离、浓度和通道结晶度，对由磺化CONs堆叠孔道内锚定的−SO₃H和捕获的H2O所构建的氢键质子迁移网络具有协同效应，最优的磺化CONs基复合膜在80 °C、95%相对湿度下实现了439 mS cm⁻¹的高质子传导率。这项工作为“按需设计”功能化CONs材料和构建高效质子传输纳米结晶孔道提供了实验依据与理论指导。
上述研究工作得到了国家自然科学基金（22408073）、欧乐影院
科研启动基金（KYQD(ZR)23152）、海南省院士创新平台专项研究基金（YSPTZX202321）、海南省自然科学基金（524MS027）和海南省院士创新平台的资金资助。
文章链接：//doi.org/10.1016/j.ces.2025.123137
撰稿人：李萍
审核人：潘福生
