固态质子导体对于开发新型高安全性燃料电池至关重要。金属有机框架类化合物凭借优异性能以及可调控的化学结构因而成为具有竞争力的质子导体材料。近日，日本京都大学的Dae-Woon Lim与Hiroshi Kitagawa等通过无溶剂嵌入尿素制备了具有超高质子电导率的金属有机框架材料。
本文要点
1） 研究人员首次发现在MOF-74(M)(M=Ni 和Mg)中可以利用非酸性单元（脲）修饰的无溶剂金属中心来实现超高的质子电导率。其中MOF-74（Mg）-脲材料在高达95%的相对湿度条件下能够实现高达2.64×10-2S/cm的室温质子电导率。
2)  研究人员发现金属有机框架-脲复合材料独特的化学结构对其质子传导机制产生了关键的影响。由C=O基和-NH2构成的脲分子能够提供多个氢键位点而且其熔点较低（408K）也保证无溶剂的相关反应能够顺利发生。因此，配位性脲分子的嵌入增加了质子跳跃位点并通过空间控制增强了客体分子的限域效应。
3)  研究人员利用固态2H核磁共振光谱证实配位脲分子通过与水分子在孔表面的相互作用诱导客体水分子之间产生了很强的氢键相互作用。
Marvin K. Sarango-Ramírez et al, Superprotonic Conductivity in Metal–Organic Framework via Solvent-Free Coordinative Urea Insertion, JACS, 2020
DOI: 10.1021/jacs.0c00303
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.0c00303