近日，《美國化學會志》（J. Am. Chem. Soc.）在線發(fā)表了我校先進分離膜材料全國重點實驗室、化學工程與技術學院仲崇立/楊帆團隊與北京大學孫俊良/王曉鴿團隊合作完成的質(zhì)子傳導金屬有機骨架（MOF）方面的研究成果。該工作通過綠色無溶劑合成策略創(chuàng)新，實現(xiàn)了膦酸基團的可控化電離與配位，從而構筑出高性能質(zhì)子傳導MOF材料（Overcoming Synthetic Challenges: Solvent-Free Construction of a Cr-Phosphonate Framework with High Stability and Proton Conductivity, F. Yang*, Z. Shi, L. Si, Z. Zhang, J. Ju, J. Sun, X. Wang* and C. Zhong*, J. Am. Chem. Soc. 2025, 10.1021/jacs.5c13526）。
無溶劑合成作為綠色制備技術的重要分支，因其在替代傳統(tǒng)溶液法合成MOF的潛力而備受關注。該方法不使用任何溶劑，解決了傳統(tǒng)溶劑法固有的多重難題。由于與液相中反應機理的差異，無溶劑合成除了能更綠色的合成現(xiàn)有MOFs，還可構建傳統(tǒng)液相合成難以實現(xiàn)的新型MOF材料。然而，通過無溶劑合成新型MOF結構的進展仍十分有限。如何深入理解并運用這種簡單而強大的合成策略來控制化學反應路徑，對包括配位化學反應在內(nèi)的相關研究具有重要意義。
圖1 無溶劑條件下調(diào)控膦酸不可逆電離制備富含–PO3H的TGU-20從而實現(xiàn)超高質(zhì)子傳導性能
本研究針對液相合成中膦酸基團多級電離和配位難以控制的難題，采用無溶劑方法，有效地控制膦酸只發(fā)生一級電離而保留一個P-OH酸性基團，從而構筑出孔道中具有高密度酸性基團的穩(wěn)定膦酸鉻MOF（TGU-20，TGU為Tiangong University縮寫）。吸附水分子后，TGU-20在孔道內(nèi)可形成豐富且連續(xù)的氫鍵網(wǎng)絡，并可給出質(zhì)子，從而表現(xiàn)出高達2.42×10–2 S cm–1的超高質(zhì)子電導率和0.1 eV的超低活化能，達到了目前質(zhì)子傳導的最高水平。
該研究的通訊作者為楊帆研究員（兼一作）、王曉鴿（北京大學）博士和仲崇立教授。本研究受到國家重點研發(fā)計劃項目和國家自然基金面上項目等資助。
（審稿：化學工程與技術學院 陳繼榮 編輯：黨委宣傳部 胡敏）
圖片來源：化學工程與技術學院
