最近我院郑丽敏教授课题组在质子传导金属有机膦酸材料研究中取得新进展，其成果“Enhancing Proton Conduction in 2D Co−La CoordinationFrameworks by Solid-State Phase Transition”发表在J. Am. Chem. Soc.上（2014, 136, 9292−9295）。论文第一作者是鲍松松博士，通讯作者是郑丽敏教授和日本京都大学北川宏教授。

 

    质子传导材料是燃料电池的重要组成部分，近年来受到研究者的广泛关注。深入探究材料结构和性能的关联，理解质子传导的途径和机理，对于获得新的具有高质子传导率和宽温度应用范围的高性能质子传导材料具有重要的意义。金属有机框架（MOFs）材料具有清楚明确且丰富多样的结构类型以及宽的工作温度范围，可以从结构设计的角度出发去获得具有高质子导电率的质子传导材料。目前提高这类材料质子传导性能的主要尝试集中在提高孔道的亲水性使其可以容纳更多的质子传导载体，以及通过引入酸性基团提高孔道的酸性等。

 

    郑丽敏教授课题组提出了一种新的增强材料质子传导性能的方法：通过金属有机膦酸层状材料的原位相变，将质子从层内释放到材料的层间通道，从而提高材料的导电率。他们设计合成了两个以三氮杂环三甲基膦酸为配体的稀土钴层状配位聚合物CoLa-I和CoLa-II，其中CoLa-I具有电中性的层状结构，而CoLa-II的层状结构由于膦酸基团的氧原子质子化而带正电性。化合物CoLa-II在温度45度相对湿度93%的条件下，可以转变为另一相CoLa-III。通过XAFS谱、PXRD谱、EDX能谱的研究，发现CoLa-III具有和化合物CoLa-I相同的层状结构。所以当化合物CoLa-II发生相变时，膦酸基团上的质子被释放到层间，与晶格水分子形成水合氢离子。阻抗谱研究表明，化合物CoLa-III在25度相对湿度95%时的导电率比化合物CoLa-I和CoLa-II提高了1个数量级。这种通过相变诱导提高质子传导率的方法为设计合成具有高质子传导性能的材料提供了新的思路。