氢燃料电池特别是质子交换膜(PEM)燃料电池技术，作为一种清洁的、可靠的能量来源，具有使用条件温和、能量转化率高、零排放等诸多优点。围绕质子交换膜燃料电池的研究是当前国际研究的前沿和热点，其核心技术之一在于质子交换膜。目前仅有的几种已商业化的质子交换膜材料，如Nafion，存在合成步骤复杂、价格昂贵、工作最适温度区间窄等缺点。因此，开发新型的可用于氢燃料电池质子交换膜的新材料具有重要意义。共价有机框架(COFs)是一种新型的晶态多孔有机高分子材料，具有高比表面积、孔道大小可调、结构和功能可定制等优点，有望作为一种理想的质子传导材料。

图1. NKCOFs分步合成路线图及其结构图

南开大学化学学院张振杰特聘研究员课题组发展了一种分步合成的新思路，制备了一系列高结晶、高稳定的新型多孔共价有机框架材料(NKCOFs)。并通过“内外兼修”(预先合成和后修饰)的策略，使NKCOFs实现了1.13×10–1S cm–1的超高质子导电率。在制备成质子交换膜应用于氢燃料电池后，获得了81 mW cm–2的最大输出功率密度，创造了COFs材料的新纪录。

图2. NKCOFs应用于燃料电池的示意图

该工作最近发表于Angew. Chem. Int. Ed. 2019, DOI: 10.1002/anie.201913802。文章第一作者为南开大学化学学院三年级博士生杨毅，通讯作者是南开大学化学学院的张振杰特聘研究员。项目感谢南开大学和国家自然科学基金的资助。

参考文献：
Yi Yang, Xueyi He, Penghui Zhang,Yassin H. Andaloussi, Hailu Zhang,Zhongyi Jiang, Yao Chen, ShengqianMa, Peng Cheng, and Zhenjie Zhang*.Predisposed Intrinsic and Extrinsic Proton Conduction in Robust Covalent Organic Frameworks for Hydrogen Fuel Cell Application.Angew. Chem. Int. Ed. 2019, DOI: 10.1002/anie.201913802.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201913802