氢燃料电池特别是质子交换膜(PEM)燃料电池技术，作为一种清洁的、可靠的能量来源，具有使用条件温和、能量转化率高、零排放等诸多优点。围绕质子交换膜燃料电池的研究是当前国际研究的前沿和热点，其核心技术之一在于质子交换膜。目前仅有的几种已商业化的质子交换膜材料，如Nafion，存在合成步骤复杂、价格昂贵、工作最适温度区间窄等缺点。因此，开发新型的可用于氢燃料电池质子交换膜的新材料具有重要意义。共价有机框架(COFs)是一种新型的晶态多孔有机高分子材料，具有高比表面积、孔道大小可调、结构和功能可定制等优点，有望作为一种理想的质子传导材料。

图1. NKCOFs分步合成路线图及其结构图

化学学院张振杰特聘研究员课题组发展了一种分步合成的新思路，制备了一系列高结晶、高稳定的新型多孔共价有机框架材料(NKCOFs)。并通过“内外兼修”(预先合成和后修饰)的策略，使NKCOFs实现了1.13×10–1S cm–1的超高质子导电率。在制备成质子交换膜应用于氢燃料电池后，获得了81 mW cm–2的最大输出功率密度，创造了COFs材料的新纪录。

图2. NKCOFs应用于燃料电池的示意图

该工作最近发表于Angew. Chem. Int. Ed. 2019, DOI: 10.1002/anie.201913802。文章第一作者为南开大学化学学院三年级博士生杨毅，通讯作者是南开大学化学学院的张振杰特聘研究员。项目感谢南开大学和国家自然科学基金的资助。
参考文献：
Yi Yang, Xueyi He, Penghui Zhang,Yassin H. Andaloussi, Hailu Zhang,Zhongyi Jiang, Yao Chen, ShengqianMa, Peng Cheng, and Zhenjie Zhang*.Predisposed Intrinsic and Extrinsic Proton Conduction in Robust Covalent Organic Frameworks for Hydrogen Fuel Cell Application.Angew. Chem. Int. Ed. 2019, DOI: 10.1002/anie.201913802.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201913802