JACS：柱状MOF中的超快质子传导和光催化水分解

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质子交换膜燃料电池使得氢（ H ₂ ）作为能源的便携式利用成为可能。目前的电解材料存在局限性，迫切需要开发具有特别高质子传导率的新材料。

近日， 曼彻斯特大学杨四海教授， Martin Schröder 报道了一种新型的基于 Zr 的 MOF ， MFM-808 （ MFM = 曼彻斯特框架材料），它表现出前所未有的 mfm 拓扑结构，具有独特的层状结构，包括由甲酸盐配体桥接的 {Zr ₆ }- 簇。

本文要点

要点1.  通过单晶到单晶的转化， MFM-808 可被硫酸化生成 MFM-808-SO ₄ ，其中甲酸盐桥完全被硫酸盐配体取代。 {Zr ₆ } 簇层内的桥连硫酸盐充当强布朗斯台德酸中心，但由于多个氢供体 / 受体位点，也有助于构建有效的氢键网络。

要点2.  分子动力学 (MD) 模拟揭示，这种有序硫酸盐 -{Zr6}- 簇层结构构成了二维质子传导网络，并在 85 °C 和 99% 时表现出 0.21 S·cm ⁻¹ 的优异质子电导率 RH ，优于 Nafion 和大多数最先进的 MOF 。

要点3.  更有趣的是， MFM-808-SO ₄ 还可以作为高效光催化剂，以平均析氢反应 (HER) 速率驱动水分解产生 H ₂ 670 μmol·g ⁻¹ ·h ⁻¹ 。因此， MFM-808-SO4 具有在同一平台内结合质子传输和氢气生产循环的潜力。

Jin Chen, et al, Ultra-fast Proton Conduction and Photocatalytic Water Splitting in a Pillared Metal-Organic Framework, J. Am. Chem. Soc., 2023

DOI: 10.1021/jacs.3c03943

https://doi.org/10.1021/jacs.3c03943

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