近日，国际顶级期刊《Science》上发表了一篇题为“Oxygen- and proton-transporting open framework ionomer for medium-temperature fuel cells”的研究论文。
一、研究背景
燃料电池作为一种清洁能源，具有高效、环保等优点。然而，传统质子交换膜燃料电池（PEMFC）的工作温度通常低于100°C，因为高温下Nafion质子交换膜容易失水。如何在提高工作温度的同时，保持燃料电池的性能，成为科研人员关注的焦点。
二、研究亮点
1. 成功合成了一种具有氢键位点和大孔隙的α-氨基酮链接的共价有机框架（COF）离子聚合物。
2. 这种COF离子聚合物与Nafion交织在一起，形成了一种“可呼吸”的质子导体。
3. 在105°C的条件下，采用这种COF离子聚合物的中温PEMFC，其峰值功率密度和额定功率密度分别提高了101%和187%。
三、研究意义
1. 这种新型COF离子聚合物能有效保持高温下的水分，提高质子传输效率，降低氧气传输阻力。
2. 中温PEMFC在100°C至120°C的工作范围内，具有更好的动力学性能、简化了热水和水管理，拓宽了燃料适应性。
3. 这项研究为燃料电池的高温运行提供了新思路，有望推动燃料电池技术在更多领域的应用。
作者简介：
Bo Wang，北京理工大学教授、博导，国家高能量物质前沿科学中心主任。获国家杰出青年科学基金，入选国家“万人计划”领军人才。荣誉包括“科睿唯安世界高被引科学家”等。担任多个学术职务，包括教育部科技委委员。2004年北京大学本科毕业，2008年加州大学洛杉矶分校博士。研究方向为新型纳米多孔材料，发表论文80余篇，专利14项。
Xiao Feng，北京理工大学化学与化工学院博士生导师，获国家自然科学基金优秀青年科学基金。2008年和2013年在北京理工大学材料学院取得本硕博学位，曾留学日本。主要研究共价有机框架材料，发表50余篇论文，包括Science、Nat. Mater.等，H指数56。
参考文献：Yang, J., Xu, H., Li, J., Gong, K., Wang, B., et al. (2024). Oxygen- and proton-transporting open framework ionomer for medium-temperature fuel cells. Science, 385(6713), 1115-1120. DOI: 10.1126/science.adq2259
