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30
2026
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07
AM: 打破高温“失效魔咒”，MOF增强Nafion膜驱动稳定电解水制氢
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背景
在“双碳”目标与氢能经济加速发展的背景下，质子交换膜电解水（PEMWE）被认为是实现绿色制氢的重要路径。尤其是在中高温条件（100–150 °C）下运行的高温PEMWE体系，能够利用低品位余热、降低电能消耗并提升反应动力学，因此具有显著的效率优势。然而，这一技术的核心瓶颈集中在膜材料本身：传统Nafion等全氟磺酸膜在高温下易发生脱水，导致质子电导率显著下降，同时在接近玻璃化转变温度时机械性能劣化，严重影响器件寿命与稳定性。这种“高导电性与高稳定性难以兼顾”的问题，成为制约高温电解水技术发展的关键障碍。
创新
近日，复旦大学张波教授团队通过“功能化MOF+界面工程”的协同设计，构建了一种磺化MOF增强的Nafion复合膜（S/N-Nafion），实现了结构与性能的系统优化。研究者通过在MOF骨架中引入氨基与磺酸基团，使其既具备优异的亲水与质子传导能力，又能与Nafion中的─SO₃H基团形成稳定的氢键网络，从而在分子尺度上强化界面相容性。这种有序嵌入而非随机填充的结构设计，不仅避免了传统填料导致的相分离与通道破坏问题，还引导形成更加清晰的亲水/疏水微相分离结构，构建连续*的质子传导路径。最终，该复合膜在100 °C下实现154.7 mS cm⁻¹的高电导率（约为传统Nafion的两倍），并在120 °C、3.0 A cm⁻²条件下实现更低电解电压，同时在300小时运行中表现出极低的衰减速率，展现出优异的高温稳定性。
意义
该工作从界面结构调控出发，突破了传统复合膜中“导电性与稳定性对立”的设计局限，为高温电解水提供了一种兼具性能与耐久性的材料解决方案。通过将MOF的可设计性与聚合物体系的工程可加工性相结合，不仅显著提升了膜材料在严苛条件下的工作能力，也为高温电化学能源装置提供了可扩展的材料平台。更广泛而言，这一“功能化填料+界面协同”的策略，为燃料电池、电解水及其他高温质子传导体系的膜设计提供了通用思路，有望加速*、低能耗氢能技术的产业化进程。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/I5hZ0U2OVb7rxinBDF5JaA
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