质子导体在燃料电池、传感、电致变色等领域有着重要应用，是一种关键的电解质材料。质子传导性能受质子解离过程的制约，研究人员常通过引入低pKa值的强酸基团（如 -SO₃H），来降低质子解离能。

然而，在质子转移过程中，往往会产生H₃O⁺、C-F···H+等中间体，它们的解离能高于强酸基团。因此，在开发高性能质子导体时，应尽量减少中间体高质子解离能导致的电导率损失，但这一问题常被忽视。

近日，江苏大学张坤团队与中科大王雨松及龚科团队、东南大学胡林峰团队合作，通过削弱水合效应并构筑C-H···H⁺斥力，提升了材料的质子解离能力，获得了宽湿度范围内的质子传导性质，实现了燃料电池的平稳运行。

研究人员将羟丙甲磺酸引入到共价有机框架膜纳米孔内，并使其达到饱和状态。通过实验及理论计算证明，限域空间内的拥挤效应能够对水合程度进行有效调控，同时客体分子的甲基基团能够与质子产生C-H···H⁺斥力。

介电测试结果显示，与具有C-F···H⁺相互作用的质子导体相比，具备C-H···H⁺相互作用的质子导体呈现出更高的质子扩散能垒和更慢的扩散速度。与此同时，其质子解离能显著降低，质子浓度也相应提高。这些特性表明，样品所展现出的超质子传导行为主要由优异的质子解离能力所主导。

该工作创新性地提出通过降低中间体的质子解离能来提升质子传导性能的策略，所制备的质子导体在宽湿度范围内实现了超质子传导，性能优于商业质子交换膜，为新型质子导体的开发提供了新的思路。

Superprotonic Conduction over Wide Humidity Range Driven by Enhanced Proton Dissociation

Kun Zhang, Lei Wu, Ke Gong, Shuyang Bian, Yanting Zhang, Huayu Gu, Dongshuang Wu, Linfeng Hu, Huiyuan Liu, Yusong Wang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202421444