三维磺酸COF膜

离子通导两全

以亚纳米孔道与高密度磺酸基团，同时实现高离子电导率与高选择性，突破传统膜材料此消彼长的瓶颈。

Zhou, Tianhao · Kong, Yan · Lyu, Bohui · Cao, Li · Shi, Benbing · Wang, Xiaoyao · Pang, Xiao · Fan, Chunyang · Yang, Chao · 吴洪 · 姜忠义

Nature Communications 2023

参数信息

质子电导率

843 mS cm⁻¹

渗透能转换功率密度

21.2 W m⁻²

离子选择性

0.976

能量转换效率

45.3 %

离子交换容量

4.1 mmol g⁻¹

孔径

0.97 nm

技术优势

电导率和选择性兼得

三维互连离子通道结合0.97 nm超微孔和丰富的磺酸基团，同时实现高质子传导和优异离子选择性。

质子电导率极高

在90 °C下质子电导率达到843 mS cm⁻¹，远超常规质子交换膜。

渗透能转换效率高

在盐差能发电中同时获得21.2 W m⁻²的高功率密度和45.3%的能量转换效率，且离子选择性达0.976。

离子交换容量高

丰富的磺酸基团赋予膜高达4.1 mmol g⁻¹的离子交换容量，有利于高效离子传输。

应用场景

• 质子交换膜燃料电池：高质子电导率可直接替代Nafion等传统膜。
• 盐差能发电：高选择性和功率密度提升盐差发电效率。
• 离子筛分分离：0.97 nm孔道精准筛分离子。
• 离子选择性电极：高离子选择性可用于电化学传感器。