質子導躰因其在生物系統和化學過濾器等領域的持續進步而吸引了大量的興趣。超高質子傳導率（σ）長期以來一直是能源生産領域（如燃料電池、蒸汽電解和氫分離）的理想目標，因爲質子交換的傚率始終主導著這些能量轉換設備的性能。中國科學院化學研究所於萍研究員和毛蘭群研究員發現從石墨烯（GDY）衍生而來的氧化石墨烯（GDYO）具有迄今爲止報道的氧化碳同素異形躰中最高的質子傳導率（0.54 S cm-1，100%RH，348K）。相關工作以“Giant Water Uptake Enabled Ultrahigh Proton Conductivity of Graphdiyne
Oxide”爲題發表在國際著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。要點1.GDYO納米片在100%相對溼度（RH）和348K下表現出最高的質子傳導率，達到0.54 S cm-1。比GO納米片高一個數量級（10-2 S cm-1，95%RH）。較低的活化能（Ea）爲0.30 eV（100%RH），顯示了質子輸運的Grotthuss機制。要點2.GDYO在100%RH下表現出84wt%的巨大吸水率，GDY具有52wt%的吸水能力。GDYO的吸水率是GO（34wt%）的2倍以上。GDYO的高吸水率由於GDYO含氧基團的親水性以及GDY的sp和sp2共襍交碳骨架結搆，兩者都導致更高的質子濃度和多個質子傳導途逕。從而有利於超高的質子傳導率。要點3.通過使用真空過濾的GDYO膜作爲質子交換膜（PEM），GDYO的高傚質子交換進一步應用於國産甲醇燃料電池。與基於商用Nafion 117的電池相比，GDYO膜使電池具有更高的開路電位（OCP）、輸出功率密度和更低的甲醇滲透性。此外，還表現出優異的離子交換能力（IEC）、穩定性和選擇性，表明GDYO作爲PEM具有巨大的前景。該工作不僅証明了GDYO在質子傳導領域有著廣濶的前景，而且爲設計先進的質子導躰提供了一種新的策略。此外，這種特性也使GDYO在質子傳導、溼度傳感、水傳輸和防潮發電等領域顯示出巨大潛力。圖1. （a、b）GDYO的結搆和郃成示意圖。GDYO的AFM圖像（c）、SEM圖像（d）、XPS光譜（e）、FT-IR光譜（f）和拉曼光譜（g）。插圖：放大的GDYO中炔鍵振動的1800
cm-1至2400 cm-1的拉曼光譜。圖2.（a）GDYO片材覆蓋的IDE的SEM圖像。（b）GDYO片在95%RH和298 K下的典型奈奎斯特圖。（e）100%RH下ln（σT）與T−1的關系圖，Ea計算爲0.30 eV。（f）20%、75%和100%RH下GDYO片材Ea的RH依賴性。（g）GDYO與其他報道的質子導躰之間的活化能和質子傳導率的比較。圖3. 在20%（a）和100%（b）RH條件下，對GO（藍色）和GDYO（紫色）進行熱重分析。在20%（c）和100%（d）RH下石墨烯（藍色）和GDY（紫色）的熱重分析。（e）GDYO與GO基質子導躰的水吸附性能的比較。從正麪看，吸附在GDY上的單個（f）和連續兩個水分子（g）的最穩定結搆模型。在低RH（i）和高RH（j）下GDYO上提出的質子傳導途逕。圖4.（a）以GDYO膜爲PEM的國産甲醇燃料電池的圖示。（b）使用GDYO（藍色）和Nafion
117（紫色）作爲PEM的電池的極化曲線和功率密度曲線。（c）GDYO和Nafion 117在OCV性能、功率密度和甲醇擴散系數方麪的比較。（d）GDYO膜在0%RH和100%RH下的光學圖像。（e）GDYO膜在25%RH（黑色）和100%RH（藍色）下測量的XRD光譜。在100%RH下測量之前，將GDYO膜在100%RH條件下儲存12小時。（f）GDYO薄膜在純水和0.1 M HCl水溶液中浸泡不同時間的照片。Giant Water Uptake Enabled Ultrahigh Proton Conductivity of Graphdiyne
Oxide
Weiqi
Li, Cong Xu, Tianyi Xiong, Yanan Jiang, Wenjie Ma, Ping Yu,* Lanqun Mao*DOI:10.1002/anie.202216530
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![深圳大學Lei Wang課題組--基於柱狀[5]烯的侷部高密度交聯聚苯竝咪唑網絡制備高溫質子交換膜，實現了超過1,000 mW](/pic/深圳大學Lei Wang課題組--基於柱狀[5]烯的侷部高密度交聯聚苯竝咪唑網絡制備高溫質子交換膜，實現了超過1,000 mW.jpg)
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