近日，一篇发表于《Angewandte Chemie International Edition》的研究报道了利用阳离子共价有机框架（COF）作为双功能材料，成功构建了高倍率、超稳定循环的全固态质子电池。该研究通过精准设计，同时解决了质子电池中电极溶解和电解质低电导率的难题。一、研究背景：质子电池的挑战与机遇
质子电池（PBs）因其高功率密度和丰富的质子源而备受关注，但面临实际限制。液态电解质导致阳极溶解和副反应，而固态电解质则质子电导率低且电极兼容性差。当前研究主要集中在开发高性能电极材料，但长期稳定性和电压窗口狭窄问题仍未解决。固态质子电解质有望解决这些问题，但通常电导率低且与电极兼容性不佳。
二、创新策略：双功能COF设计
研究团队提出了一种集成设计策略，使用阳离子COF（EB-COF）作为主体框架。通过阴离子交换，将磷钼酸簇（PMo12）嵌入作为阳极材料，将磷酸（H3PO4）嵌入作为固态电解质。这种设计确保了电极和电解质之间的优异兼容性，从而提升电池性能。EB-COF由ethidium bromide（EB）和2,4,6-triformylphloroglucinol（TP）通过Schiff碱缩合反应合成，形成有序的纳米通道结构。三、材料合成与表征
通过粉末X射线衍射（PXRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、热重分析（TGA）等手段证实了材料的结晶性和稳定性。EB-COF:PMo12和EB-COF:H3PO4在阴离子交换后保持了框架的结晶性。- FT-IR：证实了PMo12和H3PO4的成功嵌入。
- BET表面积：EB-COF:PMo12和EB-COF:H3PO4的比表面积显著降低，表明阴离子占据了孔道。
- XPS：揭示了金属氧化态和相互作用，如Mo的氧化状态变化。
四、电化学性能
EB-COF:H3PO4电解质表现出高质子电导率（20°C下2.8×10^-2 S cm^-1，90°C下1.1×10^-1 S cm^-1）和宽电化学稳定性窗口（3.3 V vs. SCE）。组装的质子电池（EB-COF:PMo12阳极 | EB-COF:H3PO4电解质 | VHCF阴极）展现出：- 优异倍率性能：在1至20 A g^-1电流密度下，容量恢复性好。
- 超长循环寿命：在10 A g^-1下循环15,000次后，容量保持91%，库仑效率99.5%。
五、质子存储机制
通过ex situ FT-IR和XPS分析，揭示了EB-COF:PMo12的氧化还原机制。Mo原子在充放电过程中发生可逆的氧化还原反应（MoVI/MoV），质子通过Grotthuss机制传输，主导了快速动力学。
六、结论与展望
该研究首次展示了阳离子COF作为双功能宿主材料用于全固态质子电池的成功案例。EB-COF:H3PO4电解质的高电导率和宽稳定性窗口，结合EB-COF:PMo12阳极的优异性能，实现了前所未有的循环稳定性。这一策略为开发可靠的全固态质子电池提供了新思路，未来可扩展至其他金属簇和电解质系统。
国槐硕海医药COFs优势原料三醛基间苯三酚（CAS：34374-88-4）：
1.纯度高
2.现货充足
3.可放大连续生产
4.接受定制
