質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFCs）因其高能量轉(zhuǎn)換效率和環(huán)境友好特性，成為新能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而，目前商用質(zhì)子交換膜（如Nafion）仍存在成本高、甲醇滲透嚴(yán)重、質(zhì)子傳導(dǎo)機(jī)制不明確等問題。開發(fā)具有明確結(jié)構(gòu)、高質(zhì)子電導(dǎo)率的新型晶體材料，如多金屬氧酸鹽（POMs），成為解決這些挑戰(zhàn)的重要途徑。

本研究利用砷酸根（AsO₄^3-）作為模板，通過增甘膦（Gly）和 4,4'-磺酰基二苯甲酸（H₂SDB）作為橋聯(lián)配體，成功合成了兩種新型簇合物： H₁₁K₄[Co₃(AsO₄)₂(Mo₂O₂S₂)₆(OH)₆O₃(Gly)₃(H2O)₅]·35H₂O（化合物1）； H₁₆K₄[(AsO₄)₄(Mo₂O₂S₂)₁₂(OH)₁₂O₄(H₂SDB)₆(H₂O)₂]·36H₂O（化合物2）。其中，化合物2展現(xiàn)出獨(dú)特的邊互鎖多面體結(jié)構(gòu)，其剛性配體H₂SDB通過幾何匹配和π-π堆疊作用，顯著增強(qiáng)了框架的穩(wěn)定性和孔道結(jié)構(gòu)。在85°C、80% RH條件下，兩種化合物表現(xiàn)出卓越的質(zhì)子傳導(dǎo)性能，分別為 9.64 × 10^-3 S/cm和2.18 × 10^-2 S/cm，優(yōu)于多數(shù)已報道的POM基材料。進(jìn)一步機(jī)理研究表明，其質(zhì)子傳導(dǎo)行為符合Vehicle機(jī)制，主要依賴于水合氫離子（H₃O?）的擴(kuò)散和氫鍵網(wǎng)絡(luò)的輔助傳輸。化合物2因其更大的空腔、更多的質(zhì)子跳躍位點(diǎn)（如磺酰基、橋氧、端氧等）以及更復(fù)雜的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，表現(xiàn)出更高的質(zhì)子電導(dǎo)率。其結(jié)構(gòu)在高溫高濕環(huán)境下仍保持穩(wěn)定，具備良好的應(yīng)用潛力。

該工作不僅拓展了POTMs在質(zhì)子傳導(dǎo)材料中的應(yīng)用，還通過配體設(shè)計與陰離子模板策略，實現(xiàn)了對簇合物結(jié)構(gòu)的精確調(diào)控，為后續(xù)理性設(shè)計高性能質(zhì)子導(dǎo)體提供了新范式。

臧宏瑛，東北師范大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者。從事多金屬氧簇的合成與組裝及其在能源轉(zhuǎn)化和存儲領(lǐng)域的基礎(chǔ)應(yīng)用研究，包括多金屬氧簇基固態(tài)材料的離子傳導(dǎo)性能，多金屬氧簇材料在能源轉(zhuǎn)化（HER，ORR，NRR）中的作用及多金屬氧簇為氧化還原媒介的能源存儲器件制作等。主持項目包括國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金，面上項目和吉林省科技廳項目等，發(fā)表SCI論文100余篇，其研究工作發(fā)表在國際高水平雜志Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等。

梁嵩，吉林大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。長期從事仿生微反應(yīng)器、仿生催化與功能性仿生醫(yī)用材料的研究，包括仿生微反應(yīng)器的設(shè)計與組裝；仿生光、電催化；仿生復(fù)合酶催化。人工皮膚與合成生物補(bǔ)片的設(shè)計與研究；仿生水凝膠3D打印成型技術(shù)研究。近年來，主持國家自然基金、教育部歸國留學(xué)基金等資助的多項研究項目，發(fā)表SCI檢索論文20余篇，獲得發(fā)明專利授權(quán)3件，參與編寫英文專著一部。 

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https://doi.org/10.1016/j.cclet.2025.111698