研究人員通過開發(fā)使用金屬有機(jī)框架（MOFs）的固體電解質(zhì)材料，在氫燃料電池技術(shù)方面取得了突破性進(jìn)展。這種方法大大提高了氫離子傳導(dǎo)性。研究小組在 MOFs 中創(chuàng)新性地使用了低酸度客體分子，從而開發(fā)出了具有高導(dǎo)電性和耐久性的材料。這一進(jìn)展有望提高氫燃料電池的效率，為可持續(xù)能源解決方案做出貢獻(xiàn)。

該研究小組利用金屬有機(jī)框架 (MOF) 成功開發(fā)了固體電解質(zhì)材料。這種創(chuàng)新方法大大提高了氫燃料電池中使用的固體電解質(zhì)中氫離子的導(dǎo)電性。此外，研究小組還引入了低酸度的客體分子，這在用于這一目的的中間體中是一項(xiàng)開創(chuàng)性的成就。

氫燃料電池和目前的局限性

氫燃料電池是一種高效、環(huán)保的發(fā)電設(shè)備，可將氫氣和氧氣反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。目前，質(zhì)子交換膜燃料電池主要采用 Nafion 作為電解質(zhì)材料，因?yàn)樗粌H具有熱穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，還具有高氫離子傳導(dǎo)性。然而，這些系統(tǒng)在工作溫度范圍方面受到限制，其性能提升機(jī)制也不明確。

研究小組將目光轉(zhuǎn)向了作為潛在替代品的 MOFs。MOFs 是由有機(jī)配位體相互連接形成多孔結(jié)構(gòu)的金屬團(tuán)簇組成的材料。MOFs 具有出色的化學(xué)和熱穩(wěn)定性，最近在燃料電池應(yīng)用中引起了廣泛關(guān)注。此外，MOFs 生成后具有大小不一的孔隙，通過這些通道引入客體分子，可用于開發(fā)具有高氫離子傳導(dǎo)性的材料。

突破性方法和成果

在 MOF-808 和 MIL-101 兩種類型的 MOF 中引入了具有正負(fù)電荷的低酸度兩性離子物質(zhì)--齊聚酰胺氨基磺酸作為客體分子。氨基磺酸是一種客體分子，以各種形式存在，具有優(yōu)異的氫鍵能力，可有效地作為氫離子轉(zhuǎn)移的介質(zhì)。通過增加 MOFs 孔隙中的氨基磺酸含量，研究小組成功開發(fā)出具有高氫離子傳導(dǎo)性（達(dá)到 10-1 Scm-1 或更高水平）的材料。此外，這些材料在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)仍能保持氫離子傳導(dǎo)性，表現(xiàn)出卓越的耐久性。

研究成果為利用金屬有機(jī)框架提高氫燃料電池的效率和性能帶來了巨大希望。這一突破有助于加快可持續(xù)能源解決方案的進(jìn)展，與全球去碳化的努力保持一致。