科學(xué)家開發(fā)了一類具有高質(zhì)子傳導(dǎo)性的新型結(jié)晶多孔有機(jī)鹽，用于燃料電池的質(zhì)子交換膜等應(yīng)用。據(jù)AngewandteChemie雜志報(bào)道，含有水的極性通道在質(zhì)子傳導(dǎo)中起著關(guān)鍵作用。在約60℃和高濕度下，它們的質(zhì)子傳導(dǎo)性是在多孔材料中發(fā)現(xiàn)的最好的之一。

多孔有機(jī)材料可用于許多應(yīng)用，包括催化系統(tǒng)，分離過程和氣體儲(chǔ)存。雖然這些類似框架的結(jié)構(gòu)差異很大，但它們有一個(gè)共同點(diǎn)：它們的組件通過共價(jià)鍵連接。另一方面，多孔有機(jī)鹽是一類新的材料，其中組分通過離子鍵保持在一起，離子鍵是正電荷和帶負(fù)電離子之間的吸引力。由于它們的毛孔通常會(huì)塌陷，因此它們難以生產(chǎn)先前已知的有機(jī)鹽的離子鍵不足以穩(wěn)定多孔結(jié)構(gòu)。

在吉林大學(xué)(中國長春)與騰本合作的研究人員現(xiàn)已成功地將有機(jī)堿和酸結(jié)合在一起，生成具有非常強(qiáng)鍵的鹽，并確定了形成穩(wěn)定孔系統(tǒng)的晶體結(jié)構(gòu)。這些高度多孔的固體具有有機(jī)鹽中最高的內(nèi)表面積。科學(xué)家們證明了離子鍵的強(qiáng)度與孔結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性之間存在顯著的相關(guān)性。

鹽中的孔形成一維通道并且可以保持水。水分子通過氫鍵彼此結(jié)合并與帶電基團(tuán)結(jié)合。這些方面使鹽具有異常高的質(zhì)子傳導(dǎo)性。具有高質(zhì)子傳導(dǎo)性的材料已經(jīng)成為關(guān)注的焦點(diǎn)，因?yàn)樗鼈兪怯糜谌剂想姵氐牧己秒娊赓|(zhì)。在燃料電池中，在物理分離的同時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的兩個(gè)半反應(yīng)。最流行的版本使用反應(yīng)氧和氫來形成水。在這種情況下，兩個(gè)電池必須通過電解質(zhì)交換質(zhì)子(帶正電的氫原子)-通常通過質(zhì)子傳導(dǎo)聚合物膜。科學(xué)家一直在尋找更有效，更強(qiáng)大的電解質(zhì)。這些新鹽可能是候選者。

在傳統(tǒng)的聚合物膜中，質(zhì)子傳遞通過含水通道發(fā)生，通過該含水通道，網(wǎng)絡(luò)中的質(zhì)子通過氫鍵結(jié)合的水分子從一個(gè)分子轉(zhuǎn)移到下一個(gè)分子。在鹽中，傳輸機(jī)制是不同的。計(jì)算表明質(zhì)子通過“快遞”通過通道發(fā)送：水分子結(jié)合質(zhì)子并通過通道擴(kuò)散，釋放另一側(cè)的質(zhì)子。