燃料电池金属有机框架质子膜材料研究展望  

Reviews on proton membrane materials for metal-organic frameworks in fuel cells

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作  者:张靖 刘宇宙 贺贝贝 赵凌 ZHANG Jing;LIU Yuzhou;HE Beibei;ZHAO Ling(Shenzhen Research Institute,China University of Geosciences,Shenzhen 518063,China;Faculty of Materials Science and Chemistry,China University of Geosciences,Wuhan 430078,China)

机构地区:[1]中国地质大学深圳研究院,广东深圳518063 [2]中国地质大学(武汉)材料与化学学院,武汉430078

出  处:《综合智慧能源》2022年第8期97-106,共10页Integrated Intelligent Energy

基  金:国家自然科学基金项目(22075256,21975229);深圳市自由探索类基础研究项目(2021Szvup160)。

摘  要:质子交换膜燃料电池(PEMFC)是清洁高效的能源转换装置。质子交换膜作为重要的组件之一,会选择性地允许质子转移,但其昂贵的制作成本及较差的高温稳定性限制了在宽温范围的应用。金属有机框架(MOF)材料合成方法简单、结构稳定、比表面积高,广泛应用于催化和吸附等领域。近年来,研究人员发现某些MOF材料在一定温度、湿度范围内拥有优异的质子传导性能,且合成价格低廉,可作为潜在的质子交换膜替代材料。从有机配体(羧酸盐、膦酸盐、磺酸盐等)和客体分子(咪唑、铵根离子等)两部分叙述MOF材料的合成,每种MOF材料的化学稳定性、质子导电性能及其导电机理等方面的研究进展,并指出该类导电材料的发展前景和未来面临的挑战及可实施策略。A proton exchange membrane fuel cell(PEMFC)is a clean and efficient energy conversion device.Proton exchange membrane,as an important component of a PEMFC,can selectively permit the transfer of protons.However,high cost and poor stability against high temperature of proton exchange membranes restrict their practical applications in wide temperature range.Metal organic framework(MOF)materials are widely applied in catalytic and adsorption fields due to their facile synthesis,robust structures and high specific surface areas.In recent years,it has been revealed that a few MOF materials with high proton conductivity and low cost are deemed as potential alternatives for proton exchange membranes.Herein,the synthesis,chemical stability,proton conductivity and mechanism of MOF materials are discussed based on organic ligands(carboxylate,phosphonate,sulfonate,etc.)and guest molecules(imidazole,ammonium ion,etc.).The development prospect,future challenges and feasible strategies of the conductive MOF materials are also proposed.

关 键 词:金属有机框架 燃料电池 质子传导 有机配体 客体分子 稳定性 

分 类 号:TK01[动力工程及工程热物理] TM911[电气工程—电力电子与电力传动]

 

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