英国利物浦大学Andrew I. Cooper与Laurence J. Hardwick团队在《Journal of the American Chemical Society》发表的论文（DOI: 10.1021/jacs.5c01336）中，首次报道了两种基于卤化物的非金属有机框架（N-MOFs）材料TTBT.Br和TTBT.Cl的质子传导性能。通过晶体结构预测（CSP）设计合成的两种水稳定材料，在70℃、90%相对湿度（RH）条件下表现出高达1.1×10⁻¹ S cm⁻¹的质子电导率（TTBT.Br），接近商业化Nafion膜性能（7.5×10⁻² S cm⁻¹），且优于多数金属有机框架（MOFs）和多孔有机盐材料。溴化物N-MOF的优异性能归因于其高结晶度、强铵盐相互作用及17 mmol g⁻¹的水吸附能力。
实验与分析
1）材料合成与表征
合成方法：通过三嗪衍生物（TTBT）与HX（X=Cl, Br）在四氢呋喃中快速沉淀，制备TTBT.X（X=Cl, Br）粉末，经压片后测试。
结构表征：粉末XRD与CSP预测结构匹配，确认等网状结构（图1c）；TTBT.Br的CO₂吸附量更高（干态），水吸附量达17 mmol g⁻¹（TTBT.Cl为12.5 mmol g⁻¹）。
2）应用性能测试
质子传导率：TTBT.Br在70℃、90% RH下电导率达1.1×10⁻¹ S cm⁻¹，比TTBT.Cl（2.9×10⁻² S cm⁻¹）高1-2个数量级（图3a），超过多数MOFs（如UiO-66-(SO₃H)₂的8.2×10⁻² S cm⁻¹）。
湿度依赖性：TTBT.Br的活化能从0.67 eV（60% RH）降至0.33 eV（90% RH），表明水分子促进质子跳跃传导机制（图3b,d）。
3）性能提升原因
结构稳定性：CSP预测的孔道结构热力学稳定，确保水吸附与质子传输通道的持久性。
卤素效应：Br⁻与胺基的强相互作用（ΔpKa=13.1）优化铵盐网络，提升水吸附量与质子解离效率。
高结晶度：TTBT.Br的CO₂吸附能力与PXRD峰强度均优于TTBT.Cl，表明更优的结晶性有助于质子传导路径的连续性。
总结
1.N-MOFs首次实现高质子传导（TTBT.Br达1.1×10⁻¹ S cm⁻¹），性能接近Nafion且优于多数MOFs。
2.基于CSP的N-MOFs设计范式，突破传统金属框架限制，提供非金属多孔材料新思路。
3.为燃料电池、氢能器件提供低成本、高稳定性的质子传导材料，推动非金属框架在能源领域的应用。
Nonmetal Organic Frameworks Exhibit High Proton Conductivity 文章作者：Megan O’Shaughnessy, Jungwoo Lim, Joseph Glover, Alex R. Neale, Graeme M. Day, Laurence J. Hardwick*, Andrew I. Cooper* DOI：10.1021/jacs.5c01336 文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c01336
购销咨询 
