Abstract State‐of‐the‐art proton exchange membranes (PEMs) often suffer from significantly reduced conductivity under low relative humidity, hampering their efficient application in fuel cells. Covalent organic frameworks (COFs) with pre‐designable and well‐defined structures hold promise to cope with the above challenge. However, fabricating defect‐free, robust COF membranes proves an extremely difficult task due to the poor processability of COF materials. Herein, a bottom‐up approach is developed to synthesize intrinsic proton‐conducting COF (IPC‐COF) nanosheets (NUS‐9) in aqueous solutions via diffusion and solvent co‐mediated modulation, enabling a controlled nucleation and in‐plane‐dominated IPC‐COF growth. These nanosheets allow the facile fabrication of IPC‐COF membranes. IPC‐COF membranes with crystalline, rigid ion nanochannels exhibit a weakly humidity‐dependent conductivity over a wide range of humidity (30–98%), 1–2 orders of magnitude higher than that of benchmark PEMs, and a prominent fuel cell performance of 0.93 W cm −2 at 35% RH and 80 ° C arising from superior water retention and Grotthuss mechanism‐dominated proton conduction.

Covalent organic frameworks (COFs) with intrinsic, tunable, and uniform pores are potent building blocks for separation membranes, yet poor processing ability and long processing time remain grand challenges. Herein, we report an engineered solid–vapor interface to fabricate a highly crystalline two-dimensional COF membrane with a thickness of 120 nm in 9 h, which is 8 times faster than that in the reported literature. Due to the ultrathin nature and ordered pores, the membrane exhibited an ultrahigh permeance (water, ∼411 L m–2 h–1 bar–1 and acetonitrile, ∼583 L m–2 h–1 bar–1) and excellent rejection of dye molecules larger than 1.4 nm (>98%). The membrane exhibited long-term operation which confirmed its outstanding stability. Our solid–vapor interfacial polymerization method may evolve into a generic platform to fabricate COFs and other organic framework membranes

Abstract Surface segregation method, as an in situ method for simultaneous modification of membrane external surfaces and inner pore surfaces, has been more commonly employed to fabricate antifouling membranes. In this study, dopamine (DA) with self‐polymerization and bio‐adhesion ability is chosen as a surface segregation agent to fabricate antifouling polyvinylidene fluoride (PVDF) membrane for oil‐in‐water emulsions separation through synergistically regulating phase inversion, self‐polymerization of DA, and surface segregation of poly‐dopamine (PDA). During the phase inversion process, DA contacts with an alkaline coagulation bath to trigger self‐polymerization of DA, then the surface segregation of PDA proceeds spontaneously. The addition and self‐polymerization of DA can regulate the phase inversion process to acquire membranes with high porosity, as a result, the water permeance is increased from 134 to 538 L m −2 h −1 bar −1 with the oil rejection higher than 99.8%. Because the hydrophilic PDA layer on membrane and pore surfaces leads to a robust hydration layer, the membrane exhibits super‐oleophobicity underwater and excellent antifouling properties with water recovery ratio of more than 99.4%. This study may open a new route to preparing antifouling membranes by using small molecules as surface segregation agents.

Abstract Developing all‐solid‐state electrolytes, the chips for lithium‐metal batteries, with superior electrochemical and mechanical properties awaits the disruptive materials. Herein, ionic covalent organic framework membranes are explored as solid‐state electrolytes for single Li + conduction. In the membrane, the anion groups act as Li + transporter, determining Li + binding capacity and releasing ability, whereas the oxygen‐containing groups act as Li + co‐transporter, creating relay sites between adjacent Li + transporters for rapid hopping. The membrane exhibits an unprecedented Li + conductivity of 1.7 mS cm −1 with a Li + ‐transference number close to unity at room temperature. Additionally, the membrane possesses high flexibility, low interfacial resistance, and excellent cycling performance at room temperature. This work paves an unprecedented path for the advancement of next‐generation Li + conductors in solid‐state electrolytes.

Phosphoric acid (H3PO4) doping is a widely employed strategy to facilitate anhydrous proton transport in high‐temperature proton exchange membrane fuel cells (HT‐PEMFCs). However, significant H3PO4 leaching during long‐term operation poses critical challenges to maintaining membrane stability and proton conductivity. Herein, H3PO4 is incorporated into positively charged nanochannels of quaternized covalent organic framework membranes (QACOFMs), leveraging strong electrostatic interactions and confinement effects to achieve exceptional H3PO4 retention under hydration conditions. Moreover, the shortened hydrogen bond length between H3PO4 (O‐H…O <2.7 Å) and the highly interconnected hydrogen bond network in the H3PO4@QACOFMs facilitate ultra‐fast anhydrous proton transport. As a result, the H3PO4@QACOFMs exhibit superior anhydrous proton transport in a broader temperature range (60‐200 oC) and the highest proton conductivity reaches about 379.7 mS cm‐1 at 200 oC.

Phosphoric acid (H3PO4) doping is a widely employed strategy to facilitate anhydrous proton transport in high‐temperature proton exchange membrane fuel cells (HT‐PEMFCs). However, significant H3PO4 leaching during long‐term operation poses critical challenges to maintaining membrane stability and proton conductivity. Herein, H3PO4 is incorporated into positively charged nanochannels of quaternized covalent organic framework membranes (QACOFMs), leveraging strong electrostatic interactions and confinement effects to achieve exceptional H3PO4 retention under hydration conditions. Moreover, the shortened hydrogen bond length between H3PO4 (O‐H…O <2.7 Å) and the highly interconnected hydrogen bond network in the H3PO4@QACOFMs facilitate ultra‐fast anhydrous proton transport. As a result, the H3PO4@QACOFMs exhibit superior anhydrous proton transport in a broader temperature range (60‐200 oC) and the highest proton conductivity reaches about 379.7 mS cm‐1 at 200 oC.