近年来，河南大学化学与分子科学学院李亚敏教授等人专注于晶态质子导电材料及质子交换膜领域，并取得了一系列研究进展：（1）多酸基晶态质子导电材料的构筑，相关成果发表于顶级期刊Adv. Funct. Mater.等上；（2）氢键骨架材料的构筑及单晶质子导电研究，相关成果发表于河南大学认定的顶级期刊Chem. Mater.上。

质子交换膜燃料电池由于具有超低排放、超高功率，绿色高效优势，受到关注。其核心质子交换膜如商业化的Nafion具有高的质子导电率，优异的稳定性及耐用性等优势，然而其价格昂贵，结晶性差，无法很好地探究结构与性能之间的关系，从而影响了对质子导电机制的研究。因而构筑具有高质子导电性、结构明确的新型质子传导材料具有挑战性和紧迫性。而单晶质子导电材料，可以提供清晰可见的质子传输途径，更好地解释质子传输机制，有利于探究结构与性能之间的关系。

（1）多酸基晶态质子导电材料的构筑

胍-多酸单晶质子传导材料的构筑及导电机制研究：通过“酸碱”策略，把不同链长的胍阳离子引入到Keggin型多酸中，构筑了三例胍-多酸化合物。其中GH-PMo₁₂在[001]方向具有超高的单晶质子导电率，达到0.19 S cm^-1（85°C，98%相对湿度下），垂直方向为10^-3 S cm^-1，表现出各项异性。对[001]方向的质子传输机制进行了分析探究发现，其可能与此方向存在连续的氢键链相关。在同样条件下，三例化合物的粉末质子导电率随链长依次降低，分析了pKa，质子密度及空间结构对其可能的影响。并将GH-PMo₁₂与Nafion复合成膜，膜材料与化合物本身及Nafion相比，质子导电性能均有所提升。

该成果发表于Adv. Funct. Mater.2023，2311912上（链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202311912）。河南大学为第一独立完成单位，河南大学李备蓓副教授、柏䶮教授、李亚敏教授为通讯作者，河南大学硕士研究生王孟孟为第一作者。上述工作得到国家自然科学基金、结构化学国家重点实验室开放课题、河南省自然科学基金、河南大学等经费的支持。

（图片来源：Adv. Funct. Mater.）

另外，其他多酸基晶态质子导电材料的系列成果发表于Inorg. Chem.2023, 62, 17093−17101; Inorg. Chem. 2022, 61, 8629−8633；Inorg. Chem. 2021, 60, 1264−1273等杂志上。

（2）氢键骨架材料的构筑及单晶质子导电研究

以1,2,4,5-苯四羧酸和不同链长的胍为原料，按一定的比例，可控地组装了四例氢键有机骨架（HOFs）。有趣的是，GC-1在水的诱导下，可以经历单晶到单晶(SCSC)的转变，转化为更稳定的具有连续π−π堆积相互作用的GC-2。值得注意的是，在常温，98% RH下，GC-2单晶样品沿[100]方向具有超高质子导电率，其值为1.78 × 10⁻² S cm⁻¹，而单晶其他两个晶面方向的值分别为10^-5及10^-7 S cm⁻¹，表现出高度的各项异性。分析了[100]方向优异的质子导电性能，可能与a轴方向质子化的胍离子和羧酸阴离子形成连续氢键网络，从而构筑了规整的一维亲水性通道有关。另外，亦制备了四例化合物与Nafion的复合膜，它们的复合膜与Nafion本身相比，质子传导性能也表现出显著的增强，可能来源于HOFs与Nafion的协同效应。

该工作发表于Chem. Mater. 2023, 35, 6549−6556上（链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.3c01669）。河南大学为第一独立完成单位，河南大学伦会洁副教授、党东宾教授、李亚敏教授为通讯作者，河南大学已毕业硕士研究生吴雯雯为第一作者。上述工作得到国家自然科学基金、结构化学国家重点实验室开放课题、河南省自然科学基金、河南大学等经费的支持。

（图片来源：Chem. Mater.）