Jérôme Marrot, Guillaume Maurin, Antoine Tissot, Mohammad Wahiduzzaman, Sujing Wang, William Shepard, Christian Serre, Charlotte Martineau-Corcos, Djemel Hamdane, Sabine Devautour-Vinot, Louisa Davis, Institut des Matériaux Poreux de Paris (IMAP ), Département de Chimie - ENS Paris, École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Charles Gerhardt Montpellier - Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux de Montpellier (ICGM ICMMM), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Université Montpellier 1 (UM1)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Synchrotron SOLEIL (SSOLEIL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Lavoisier de Versailles (ILV), Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Conditions Extrêmes et Matériaux : Haute Température et Irradiation (CEMHTI), Université d'Orléans (UO)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Chimie des Processus Biologiques (LCPB), Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Project M4CO2, European Project: 608490,EC:FP7:ENERGY,FP7-ENERGY-2013-1,M4CO2(2014), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université d'Orléans (UO), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Charles Gerhardt Montpellier - Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux de Montpellier (ICGM), and Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Proton conductive materials are of significant importance and highly desired for clean energy-related applications. Discovery of practical metal-organic frameworks (MOFs) with high proton conduction remains a challenge due to the use of toxic chemicals, inconvenient ligand preparation and complication of production at scale for the state-of-the-art candidates. Herein, we report a zirconium-MOF, MIP-202(Zr), constructed from natural α-amino acid showing a high and steady proton conductivity of 0.011 S cm−1 at 363 K and under 95% relative humidity. This MOF features a cost-effective, green and scalable preparation with a very high space-time yield above 7000 kg m−3 day−1. It exhibits a good chemical stability under various conditions, including solutions of wide pH range and boiling water. Finally, a comprehensive molecular simulation was carried out to shed light on the proton conduction mechanism. All together these features make MIP-202(Zr) one of the most promising candidates to approach the commercial benchmark Nafion., Metal-organic frameworks are promising materials for proton exchange membrane fuel cells, but cumbersome ligand preparation and use of toxic metals or solvents hinders their application. Here, the authors report the green synthesis of a zirconium, amino acid-based MOF that displays high proton conductivity and excellent stability.