张振杰课题组《德国应用化学》：“内外兼修”的高质子传导共价有机框架(COFs)材料

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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。

       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。
       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


       共价有机框架(COFs)是一类由轻质元素(C, O, N, B等)通过共价键连接的有机多孔晶态材料，是继金属有机框架材料（MOF）之后又一重要的三维有序材料。COFs具有其他传统多孔材料如分子筛、多孔聚合物、金属有机框架材料 (MOFs) 等无法比拟的优点，诸如低密度，高比表面积，易于修饰改性和功能化等，因此目前COFs材料在气体的储存与分离、非均相催化、储能材料、光电、传感以及药物递送等领域已经有了广泛的研究并展现出优异的应用前景。


        张振杰，男，南开大学化学学院研究员。2002-2009年期间在南开大学获得材料化学学士学位和无机化学硕士学位（导师：长江学者程鹏教授）。2010-2014年期间，在美国南佛罗里达大学化学系获得化学博士学位（导师：Michael J. Zaworotko教授），主要研究卟啉负载的金属-有机框架材料的新合成方法和后修饰研究。2014-2016年期间，在加州大学圣地亚哥分校化学与生物化学系Seth M. Cohen教授研究组从事博士后工作研究，主要研究方向是高分子-金属有机框架杂化材料。2016年7月受聘于南开大学化学学院任特聘研究员。张振杰研究员在相关领域发表论文40余篇，其中以第一作者发表论文16篇，其中包括J. Am. Chem. Soc.（4 篇）、Angew. Chem. Int. Ed.（2篇）、Chem. Sci.（1 篇）、Chem. Soc. Rev.（1 篇）等。获得了2013年国家优秀自费留学生奖学金和2014年ACS Young Investigator Award（美国化学学会青年科学家奖）。