高電導低滲透DNA修飾的ZIF-8薄膜

據MaterialsViews編輯部報道：zhongsuozhouzhi，ranliaodianchishiyizhongjianghuaxuenengzhijiezhuanhuaweidiannengdenengliangzhuanhuanzhuangzhi，yinqiyouyidenengliangzhuanhuanxiaolverdedaoguangfanguanzhu。qizhongzhizijiaohuanmoranliaodianchi（PEMFC）具(ju)有(you)高(gao)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)和(he)低(di)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)
，可(ke)以(yi)用(yong)於(yu)便(bian)攜(xie)式(shi)供(gong)電(dian)設(she)備(bei)和(he)交(jiao)通(tong)運(yun)輸(shu)。為(wei)保(bao)證(zheng)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)效(xiao)率(lv)和(he)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)，其(qi)核(he)心(xin)組(zu)件(jian)質(zhi)子(zi)交(jiao)換(huan)膜(mo)需(xu)要(yao)同(tong)時(shi)具(ju)備(bei)高(gao)質(zhi)子(zi)電(dian)導(dao)率(lv)和(he)低(di)甲(jia)醇(chun)滲(shen)透(tou)率(lv)。

目前，應用最為廣泛的質子交換膜是美國杜邦公司的Nafion全氟磺酸膜。Nafion膜中磺酸基團形成親水區，作為質子傳輸的通道，具有優異的質子電導率，但其通道尺寸（>1 nm）大於甲醇分子直徑（0.43 nm）
，使其具有較高的甲醇滲透率。為降低Nafiondejiachunshentoulv
，namichicundewujitianliaobeifuhedaomozhong，yijianxiaozhizichuanshutongdaodechicun，yizhijiachunkuosan
，dantongshibukebimiandedaozhizhizidiandaolvdejiangdi。

近期，浙江大學彭新生教授課題組與美國德州大學聖安東尼奧分校陳邦林教授、華南理工大學蔣仲傑教授
、寧波理工大學的蔣仲慶教授利用固相限製轉化法製備了DNA修飾的ZIF-8薄膜，DNA分子被原位包埋入ZIF-8薄膜之中，該雜化膜兼具高質子電導率和低甲醇滲透率，並可應用於直接甲醇燃料電池。ZIF-8作為最早被合成的金屬有機框架物（MOF）之一，其窗口尺寸僅為0.34 nm
，由於尺寸篩分效應，可以高效的抑製甲醇分子的跨膜滲透，其甲醇滲透率低至1.25×10-8 cm2 s-1。同時其規則的孔道結構可作為質子傳輸的通道。由於ZIF-8孔道表現為疏水性，其質子電導率並不高。將具有大量磷酸基團和氫鍵的DNA分子包覆於ZIF-8薄膜之中
，有利於水分子進入ZIF-8孔道中。DNA分子和水分子結合
，在ZIF-8孔道中構築成貫通的氫鍵網絡，作為質子傳輸的通道。相比於純ZIF-8，DNA@ZIF-8薄膜的質子電導率提高了2個數量級
，在75℃、95%RH環境下達到0.17 S cm-1。綜合質子電導率和甲醇滲透率
，DNA@ZIF-8薄膜的質子導電率/甲醇滲透率優於傳統的質子交換膜。將其應用於直接甲醇燃料電池
，能量密度可達9.87 mW cm-2
，證明此類MOF雜化膜在燃料電池隔膜方麵具有重要應用前景。

該論文的第一作者為浙江大學在讀博士生郭弈和寧波工程大學蔣仲慶教授。相關工作發表在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201705155)上。