金属-有机框架材料在质子交换膜燃料电池中的应用研究进展

摘要

面对环境污染和能源匮乏,燃料电池作为新型清洁、可再生能源在交通运输、固定与分散电站、移动电源等领域具有广泛的应用前景。然而,目前作为燃料电池核心材料的无机酸或有机质子传导材料存在室温传导率低、湿度依赖性强、构效关系难获得等不足,是制约燃料电池技术发展的一个关键瓶颈。金属-有机框架材料(MOFs)作为一种新型多孔晶态材料,具有结构可设计、骨架可修饰、比表面积大及孔隙可调等优势,在质子传导领域展现出突出的性能和潜在的应用价值。综述了近年来MOFs材料在高性能质子传导方面的研究进展,介绍了质子传导的Grotthuss和Vehicle两种传导机制,系统阐述了有水/无水条件下获得高电导率MOFs质子传导材料的研究方法,详细介绍了高性能、湿度依赖的草酸、羧酸、磷酸和磺酸基MOFs质子传导材料,无水条件下,高性能、高温MOFs质子传导材料通过孔道负载含氮杂环分子获得。最后总结并展望了MOFs质子传导材料未来发展方向,为设计合成性能优异的质子传导MOFs材料提供参考和借鉴。