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Room-temperature superprotonic conductivity in COOH-functionalized multicomponent covalent organic frameworks

  • In solid materials, the development of hydrogen bonding (H-bonding) networks within pores is crucial for efficient proton conductance. In this study, a chemically stable carboxylic acid-functionalized, quinoline-linked 2D microporous covalent organic framework (COF) (Qy-COOH) was synthesized using the Doebner multicomponent reaction (MCR) and compared to a similar framework lacking the –COOH functionality (Qy-H), prepared via an MC Domino reaction. The proton conductivity of the –COOH-functionalized MCR-COF was significantly enhanced, reaching 10−2 S cm−1, attributed to strong H-bonding interactions between water molecules and the dangling –COOH groups within the COF pores. In contrast, the analogous Qy-H framework exhibited a much lower proton conductivity of 10−5 S cm−1, while an imine-based COF showed only 10−6 S cm−1. This work represents the first demonstration of a general strategy to achieve efficient proton conduction in a class of layered 2D –COOH-functionalized COFs, offeringIn solid materials, the development of hydrogen bonding (H-bonding) networks within pores is crucial for efficient proton conductance. In this study, a chemically stable carboxylic acid-functionalized, quinoline-linked 2D microporous covalent organic framework (COF) (Qy-COOH) was synthesized using the Doebner multicomponent reaction (MCR) and compared to a similar framework lacking the –COOH functionality (Qy-H), prepared via an MC Domino reaction. The proton conductivity of the –COOH-functionalized MCR-COF was significantly enhanced, reaching 10−2 S cm−1, attributed to strong H-bonding interactions between water molecules and the dangling –COOH groups within the COF pores. In contrast, the analogous Qy-H framework exhibited a much lower proton conductivity of 10−5 S cm−1, while an imine-based COF showed only 10−6 S cm−1. This work represents the first demonstration of a general strategy to achieve efficient proton conduction in a class of layered 2D –COOH-functionalized COFs, offering superprotonic conductivity without requiring additives at room temperature. The MCR-COF design approach provides a promising pathway for developing highly stable and high-performance proton-conducting materials.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Gouri Chakraborty, Prasenjit Das, Biswajit BhattacharyaORCiD, Carsten PrinzORCiD, Franziska EmmerlingORCiD, Arne ThomasORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Chemical Science
Jahr der Erstveröffentlichung:2026
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.0 Abteilungsleitung und andere
6 Materialchemie / 6.3 Strukturanalytik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Royal Society of Chemistry (RSC)
Erste Seite:1
Letzte Seite:9
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Angewandte Physik
Freie Schlagwörter:COF; Multicomponebt; Proton Conductivity; Superprotonic
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Energie
Energie / Wasserstoff
Material
Material / Advanced Materials
DOI:10.1039/D5SC06953J
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-653526
ISSN:2041-6520
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:14.01.2026
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:14.01.2026
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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