可再生能源转换与存储技术的发展，尤其是氢能技术，如电解水和燃料电池，对于实现碳中和目标具有重要的战略意义。在这些技术中，阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）和阴离子交换膜电解水技术（AEMWE）因其能够利用非铂族金属催化剂的潜力以及能源转换设备的低成本而受到广泛关注。作为这些能源转换系统的关键组件，阴离子交换膜（AEM）对设备的整体性能和耐久性具有决定性影响。

开发具有高效氢氧根离子传输能力的AEM是实现高性能氢能转换装置的关键，然而，现有提升氢氧根离子电导率的方法往往以牺牲膜的机械稳定性为代价，这一问题严重限制了AEM的实际应用。近年来，共价有机框架（COFs）材料因其优异的稳定性、高孔隙率、有序的晶体纳米通道以及可功能化的基团而受到广泛关注。但COF粉末难以加工且自支撑COF膜机械强度较差，难以满足实际应用需求。

针对上述问题，重庆大学王建川教授和魏子栋教授团队取得了突破性进展，他们创新性地设计并制备了COF接枝三联苯哌啶聚合物的新型AEM。该研究巧妙地结合了COF材料和聚合物基质各自的优势。研究结果表明，这种新型接枝膜不仅构建了高效的氢键网络，显著提升了氢氧根离子电导率，同时利用COF结构的高刚性和结晶性有效增强了膜的机械稳定性。这一创新成果为解决AEM高电导率与优异机械稳定性之间的矛盾提供了新的思路。

所制备的COF结构中含有丰富的极性官能团（如-OH、C=N、-NH和-O-），这些官能团可能通过形成氢键网络促进氢氧根离子的传输。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析，结合高斯拟合O-H伸缩振动峰，发现COF接枝AEM中的强氢键网络峰占比显著高于纯水和纯聚合物，证实了COF接枝膜中形成了增强的氢键网络。根据Grotthuss传导机制，这种丰富的氢键网络有利于氢氧根离子的快速传导。此外，AEM中的微孔结构有效降低了离子传输阻力，进一步加快了离子传输速率。与近期报道的代表性AEM相比，具有广泛氢键网络的COF接枝AEM在较低离子交换容量（IEC）下实现了优异的电导率。

本研究通过将COF接枝到三联苯哌啶聚合物中，成功制备了一种新型AEM，在不牺牲机械稳定性的前提下显著提高了电导率，在氢能转化领域展现出优异的性能。这项工作为设计高性能AEM提供了一种创新性策略，对推动阴离子交换膜技术的发展具有重要意义。

Hydrogen Bond Network Assisted Ultrafast Ion Transport of Anion Exchange Membrane Grafting with Covalent Organic Frameworks for Hydrogen Conversion

Xiaoli Lu, Yi Zhang, Xiaoqin Ma, Caili Yuan, Yuhang Chen, Jingying Guo, Donghui Gao, Yunchuan Tu, Qingfei Liu, Jianchuan Wang,  Zidong Wei

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202503372