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  燃料電池（FCs），尤其是氫燃料電池，因其預(yù)期的高能量密度、零排放以及氫燃料的廣泛和可持續(xù)供應(yīng)，在全球范圍內(nèi)獲得了越來越多的關(guān)注，從政府能源和氣候機(jī)構(gòu)、可持續(xù)能源研究所到汽車行業(yè)。其中，質(zhì)子交換膜(PEMs)作為FCs的核心部件，既要充當(dāng)質(zhì)子導(dǎo)體，又要充當(dāng)電絕緣體、機(jī)械屏障和氣體屏障，對(duì)多種功能的協(xié)同作用提出了很高的要求。目前，用于燃料電池的最先進(jìn)的Nafion^® 全氟磺酸（PFSA）聚合物具有高質(zhì)子傳導(dǎo)性和良好的穩(wěn)定性，這分別歸功于其接枝磺酸基團(tuán)和全氟化化學(xué)結(jié)構(gòu)所形成的滲水通道。此外，為了使薄膜具有良好相分離的質(zhì)子傳導(dǎo)水通道，需要進(jìn)行復(fù)雜且昂貴的加工以減弱PFSA鏈的物理和化學(xué)相互作用。因此，非常需要具有成本效益的無氟聚合物質(zhì)子交換膜(PEM)。然而，目前已經(jīng)發(fā)展的無氟PEM復(fù)雜的制備過程和差的化學(xué)穩(wěn)定性，阻礙了它們作為商業(yè)化PFSA PEMs替代品的進(jìn)一步發(fā)展。

圖1. 納米復(fù)合材料的制備過程和形態(tài)特征

 圖2. 納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)表征

圖3. 復(fù)合膜的電化學(xué)性能、機(jī)械性能和表面特性

圖4. 復(fù)合膜組裝膜電極的H₂-O₂燃料電池性能測(cè)試

  這項(xiàng)工作證明了通過超分子組裝商用金屬氧簇和無氟聚合物制備雜化材料的策略，可以方便、經(jīng)濟(jì)地制備出質(zhì)子電導(dǎo)率、穩(wěn)定性和可加工性均衡的PEM，并在連續(xù)制備金屬氧簇基復(fù)合PEM方面實(shí)現(xiàn)了新的突破。并且，無機(jī)-有機(jī)雜化納米復(fù)合材料的設(shè)計(jì)被證實(shí)是解決PEM開發(fā)過程中關(guān)鍵挑戰(zhàn)的可選材料，這為經(jīng)濟(jì)高效地制造高性能、堅(jiān)固耐用的FC器件提供了巨大潛力。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202318355