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  質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFCs）因其高效能與零碳排放特性，在移動(dòng)能源與可再生能源存儲(chǔ)領(lǐng)域占據(jù)重要地位。其中，高溫質(zhì)子交換膜燃料電池（HT-PEMFCs）因可在100℃以上運(yùn)行以提升電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、降低水熱管理成本和提高貴金屬催化劑使用壽命，成為高能量密度場(chǎng)景的核心方向。然而，開發(fā)兼具無(wú)水質(zhì)子傳導(dǎo)性、高溫機(jī)械穩(wěn)定性、加工柔性及氣體阻隔性的質(zhì)子交換膜（PEMs）仍是全球挑戰(zhàn)——傳統(tǒng)含氟或非氟磺化聚合物在高溫、低濕度環(huán)境下質(zhì)子傳導(dǎo)失效。同時(shí)，目前已經(jīng)發(fā)展的基于液態(tài)磷酸、咪唑的高溫復(fù)合質(zhì)子交換膜，質(zhì)子載體易泄漏，同時(shí)使用的剛性聚合物基體則面臨加工困難與氣體滲透性高的問題，這些因素都嚴(yán)重制約了HT-PEMFCs的實(shí)用化進(jìn)程。

  華南理工大學(xué)殷盼超教授團(tuán)隊(duì)基于前期在該領(lǐng)域的研究，總結(jié)并討論了基于亞納米多金屬氧簇—聚合物復(fù)合質(zhì)子交換膜的設(shè)計(jì)策略、研究進(jìn)展和應(yīng)用前景（Chem. Eur. J. 2024, 30, e202402262）。

文章圖片摘要

  近期，針對(duì)高溫質(zhì)子交換膜材料的開發(fā)，團(tuán)隊(duì)采用“剛?cè)岵?jì)”分子工程策略：通過(guò)聚合物刷—金屬氧簇超分子復(fù)合設(shè)計(jì)出綜合性能優(yōu)異的高溫?zé)o水質(zhì)子交換膜。該材料以聚乙二醇（PEG）側(cè)鏈的聚合物刷為骨架，與1 nm超酸性金屬氧簇（PW₁₂）通過(guò)氫鍵與離子作用構(gòu)筑納米復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)子傳導(dǎo)與機(jī)械性能的解耦。該體系有如下優(yōu)勢(shì)：（1）高效質(zhì)子傳輸：PEG側(cè)鏈與PW₁₂簇強(qiáng)親和性構(gòu)建密集質(zhì)子通道，PW₁₂簇在PEG中以高負(fù)載均勻分散，促進(jìn)質(zhì)子在擁擠簇間跳躍。（2）高溫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定：剛性聚合物主鏈與超分子鍵協(xié)同作用，使材料在250℃下保持結(jié)構(gòu)完整，力學(xué)強(qiáng)度和高溫穩(wěn)定性相比于線性PEG-POM體系大幅度提高。（3）高安全兼容性：致密超分子凝聚網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)極大抑制了氫氣交叉滲透，使用制備的柔性薄膜所組裝高溫燃料電池實(shí)現(xiàn)在180 ℃穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1. 復(fù)合材料的制備和結(jié)構(gòu)性能表征

圖2. 聚合物鏈弛豫和離子傳輸動(dòng)力學(xué)

圖3. 電化學(xué)性能測(cè)試和離子擴(kuò)散行為

圖4. 高溫氫燃料電池性能和穩(wěn)定性測(cè)試

  這項(xiàng)研究工作不僅成功開發(fā)出一種具備優(yōu)異質(zhì)子傳導(dǎo)性、機(jī)械性能、氣體阻隔性能和可加工性的新型高溫質(zhì)子交換膜，更為高溫燃料電池技術(shù)的發(fā)展提供了關(guān)鍵材料支持。同時(shí)，基于聚合物和金屬氧簇的超分子復(fù)合策略為未來(lái)高性能、低成本、可持續(xù)的能源轉(zhuǎn)換關(guān)鍵材料的開發(fā)提供了設(shè)計(jì)策略，有望推動(dòng)高溫氫燃料電池在全球能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮更大作用。

  以上成果近期以“Nanocomposites from Polymer Brushes and Metal Oxide Clusters for Fabrication of High-Temperature Fuel Cell Proton Exchange Membranes”為題發(fā)表在國(guó)際著名期刊《Small》上。文章的第一作者為華南理工大學(xué)博士生劉祿，通訊作者為華南理工大學(xué)殷盼超教授。

  該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金（22241501和92261117）、粵港澳中子散射科學(xué)技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)散裂中子源松山湖科學(xué)城開放基金（DG24313519），TCL科技創(chuàng)新基金（No.20222056）和上海同步輻射BL16B1和BL10U1線站的支持。華南理工大學(xué)課題組本科生黃佳藝（現(xiàn)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)博士生）、海南大學(xué)張明鑫副研究員和華南理工大學(xué)張榮純教授為材料制備與表征做出重要貢獻(xiàn)。

  文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202504372#pane-pcw-details

殷盼超課題組師資博士后招聘啟事（年薪34-57萬(wàn)）

團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)介：

  團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人殷盼超教授分別在清華大學(xué)、Lehigh University獲得學(xué)士和博士學(xué)位，在University of Akron完成博士后研究，曾榮獲Clifford Shull Fellow職位加入Oak Ridge National Laboratory開展獨(dú)立研究，2017年回國(guó)加盟華南理工大學(xué)。兼任中國(guó)物理學(xué)會(huì)中子散射專業(yè)委員會(huì)、中國(guó)散裂中子源用戶委員會(huì)、中國(guó)化學(xué)會(huì)高分子材料分析技術(shù)與表征方法專業(yè)委員會(huì)委員。發(fā)表SCI論文180余篇，主持基金委重點(diǎn)、海外高層次青年人才項(xiàng)目、重大研究計(jì)劃培育、國(guó)際合作和面上項(xiàng)目，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃核心課題等項(xiàng)目20余項(xiàng)。受邀在第18屆國(guó)際小角散射大會(huì)和第九屆全國(guó)中子散射會(huì)議做大會(huì)報(bào)告。入選2017年福布斯中國(guó)醫(yī)療、健康和科技組30位30歲以下精英榜。

  課題組目前研究興趣為開發(fā)基于X光和中子散射的多時(shí)空維度實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)解析方法，研究復(fù)雜材料體系制備-結(jié)構(gòu)-性能中的微觀機(jī)制和構(gòu)效關(guān)系，實(shí)現(xiàn)材料多功能微觀機(jī)制解耦和多功能有效集成。

博士后福利待遇：

  1，稅前年薪34萬(wàn)元至57萬(wàn)元，出站考核優(yōu)秀學(xué)校獎(jiǎng)勵(lì)特別資助3萬(wàn)元、5萬(wàn)元；

  2，可自主支配科研經(jīng)費(fèi) 20 萬(wàn)元；

  3，提供校區(qū)內(nèi)博士后公寓，學(xué)校無(wú)房時(shí)發(fā)放租房補(bǔ)貼2000元/月；

  4，為子女提供附屬中、小、幼優(yōu)質(zhì)教育資源；

  5，享受學(xué)校公費(fèi)醫(yī)療等福利待遇；

  6，可按廣東省、廣州市人才政策辦理相關(guān)人才綠卡；

  7，出站后留粵工作，省或市財(cái)政額外給予30萬(wàn)元至50萬(wàn)元住房補(bǔ)貼(3年)；

  8，進(jìn)站滿18個(gè)月至出站后1年內(nèi)，可按學(xué)校規(guī)定評(píng)定高級(jí)職稱，出站起點(diǎn)更高；

  9，出站考核優(yōu)秀獲得學(xué)校特別資助的，獲得留校工作資格。

  歡迎具有物理、化學(xué)、高分子、材料等相關(guān)專業(yè)背景的同學(xué)加入！

  電子郵件：yinpc@scut.edu.cn

  課題組網(wǎng)站：http://www2.scut.edu.cn/panchaoyin