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13
2026
-
07
AEM: 四臂交联重塑离子通道，破解AEM水电解高电流与长寿命难题
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背景
阴离子交换膜水电解（AEMWE）被认为是下一代绿色制氢的重要技术路径，其优势在于可在碱性条件下运行，从而摆脱对贵金属催化剂的依赖，大幅降低系统成本。然而，其核心组件——阴离子交换膜（AEM）长期面临“高导电性”与“高稳定性”难以兼顾的瓶颈：提升离子电导通常伴随着膜的过度溶胀与结构松散，而增强稳定性又往往限制离子传输通道的形成。近年来，以全碳骨架为特征的聚芳基哌啶鎓（PAP）材料展现出优异的碱稳定性，但其离子传输通道依赖于复杂且不稳定的微相分离结构，难以实现高性能与可规模化制备的统一。因此，如何在分子层面构建稳定且*的离子传输网络，成为推动AEMWE走向实用化的关键。
创新
近日，东南大学汪勇教授、胡川副研究员团队提出了一种“四臂节点”分子设计策略，通过引入新戊烷型四面体交联结构，在无醚键PAP骨架中构建稳定的三维网络。该结构一方面通过空间限域效应抑制聚合物链的过度运动，从而有效降低溶胀；另一方面，其独特几何构型诱导阳离子基团有序聚集，形成连续、*的氢氧根传输通道。更为关键的是，该交联节点完全不含β-氢原子，从分子层面消除了碱性环境中的典型降解位点，大幅提升膜的化学稳定性。通过这种“结构调控+化学稳定”双重设计，实现了离子传输、尺寸稳定与耐久性的协同优化，突破了传统AEM材料的性能权衡。
意义
基于这一设计，所构建的膜在80°C下实现了高达200 mS·cm⁻¹的氢氧根电导，同时溶胀率仅为15.9%，并在强碱环境中运行3000小时后仍保持超过92%的功能基团稳定性。在器件层面，该膜支撑的水电解系统在2 V下实现了高达11.9 A·cm⁻²的电流密度，并在非贵金属催化体系中依然保持优异性能与超千小时级稳定运行。这一工作不仅提供了一种简单且可扩展的AEM分子设计策略，也从“拓扑结构”角度为构建高性能离子导电膜提供了新思路。其所揭示的结构–传输–稳定性协同机制，将为制氢及相关电化学能源技术的发展提供重要支撑。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/h70JkcjGUr3vElKPKreUGQ
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