与普通电池不同的是，只要有氧气和氢气的供应，燃料电池就可以连续工作。燃料电池是实现低碳未来的重要能源技术。它们通过电化学反应将氧和氢转化为电。由于不需要含碳燃料，燃料电池提供了低碳或零碳电力的前景。燃料电池所需的氢和氧可以以环境友好的方式获得，例如分别从水分离和空气分离。然而，目前的燃料电池设计存在铂催化剂利用率低、铂成本高等问题。在2022年10月《科学》的第181页，北京理工大学张等人提出了一种设计，通过使用一种多孔材料，促进燃料向催化剂的运输并提高其利用率，从而大大提高了燃料电池的性能。
质子交换膜燃料电池已经探索了几十年，以追求从氢中获得清洁能源。该装置包括一个与氧反应的电极，另一个与氢反应的电极，以及一个将两者分开的质子导电膜。如果没有膜，两个电极可能会接触，导致短路和设备故障。相反，薄膜分离电极并控制质子的跨膜扩散，而质子是转换反应的重要成分。在这些成分中，最大的低效来自于与氧气反应的电极。在那里，氧分子、质子和电子必须在所谓的“三相边界”上相遇并相互作用(见图)。物理上，这个边界是由铂催化剂、用于气体扩散的空孔空间和质子导电聚合物(或膜的“离子单体”)的交集确定的。如果气孔太小，氧气就无法通过。在完美的条件下，氧和质子会在这个边界与电子结合形成水(O2 + 4H+ + 4e−→2H2O +能量)。不幸的是，在制造过程中，离子聚体会包裹铂催化剂并阻止氧气进入催化剂部位。
之前的工作已经研究了多孔框架以改善三相边界的气体扩散，但面临着化学稳定性或小孔径的挑战。例如，由有机配体和金属离子组成的多孔晶格的金属有机框架(MOFs)具有相对较小的孔隙(<2 nm)，从而产生相对较大的气体扩散阻力。相比之下，共价有机框架(COFs)具有更大的孔隙，允许氧气更快地运输到催化剂。然而，MOFs和COFs都面临涉及水解和温度的稳定性问题。特别是，作为燃料电池反应的副产物，MOFs很容易在水中溶解。相比之下，COFs可以发生热激活的可逆反应，导致溶解。为了克服稳定性问题，并维持质子传导通路和多孔网络，一些研究研究了具有更稳定化学性质的COFs。这些COFs包含极性或磺酸基，以引导质子通过孔隙传导。