近日，《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc.）在线发表了我校先进分离膜材料全国重点实验室、化学工程与技术学院仲崇立/杨帆团队与北京大学孙俊良/王晓鸽团队合作完成的质子传导金属有机骨架（MOF）方面的研究成果。该工作通过绿色无溶剂合成策略创新，实现了膦酸基团的可控化电离与配位，从而构筑出高性能质子传导MOF材料（Overcoming Synthetic Challenges: Solvent-Free Construction of a Cr-Phosphonate Framework with High Stability and Proton Conductivity, F. Yang*, Z. Shi, L. Si, Z. Zhang, J. Ju, J. Sun, X. Wang* and C. Zhong*, J. Am. Chem. Soc. 2025, 10.1021/jacs.5c13526）。
无溶剂合成作为绿色制备技术的重要分支，因其在替代传统溶液法合成MOF的潜力而备受关注。该方法不使用任何溶剂，解决了传统溶剂法固有的多重难题。由于与液相中反应机理的差异，无溶剂合成除了能更绿色的合成现有MOFs，还可构建传统液相合成难以实现的新型MOF材料。然而，通过无溶剂合成新型MOF结构的进展仍十分有限。如何深入理解并运用这种简单而强大的合成策略来控制化学反应路径，对包括配位化学反应在内的相关研究具有重要意义。
图1 无溶剂条件下调控膦酸不可逆电离制备富含–PO3H的TGU-20从而实现超高质子传导性能
本研究针对液相合成中膦酸基团多级电离和配位难以控制的难题，采用无溶剂方法，有效地控制膦酸只发生一级电离而保留一个P-OH酸性基团，从而构筑出孔道中具有高密度酸性基团的稳定膦酸铬MOF（TGU-20，TGU为Tiangong University缩写）。吸附水分子后，TGU-20在孔道内可形成丰富且连续的氢键网络，并可给出质子，从而表现出高达2.42×10–2 S cm–1的超高质子电导率和0.1 eV的超低活化能，达到了目前质子传导的最高水平。
该研究的通讯作者为杨帆研究员（兼一作）、王晓鸽（北京大学）博士和仲崇立教授。本研究受到国家重点研发计划项目和国家自然基金面上项目等资助。
（审稿：化学工程与技术学院 陈继荣 编辑：党委宣传部 胡敏）
图片来源：化学工程与技术学院