【儀表網 研發(fā)快訊】近日，南方科技大學材料科學與工程系李輝講席教授、前沿與交叉科學研究院樊建濤研究副教授團隊在純水陰離子交換膜電解水(AEMWE)的離聚物穩(wěn)定性研究方面取得研究進展，相關成果以“Oxidative stability as a guiding principle for durable ionomer cations in pure-water electrolysis”為題，發(fā)表于《自然·通訊》(Nature Communications)。
 

　　純水 AEMWE 具有系統(tǒng)簡單、腐蝕性低、潛在成本低等優(yōu)勢，是綠色制氫的重要技術方向。其中，陰離子交換離聚物是該器件中的關鍵材料，負責在催化層內傳導OH?并維持反應界面的形貌穩(wěn)定。長期以來，這類離聚物的設計主要圍繞其陽離子官能團的“耐堿穩(wěn)定性”展開，并形成了一系列成熟商業(yè)結構，已廣泛用于堿性燃料電池和堿液供給電解水體系。然而，純水 AEMWE 的陽極環(huán)境與強堿體系不同，其局部 pH 更接近中性，同時需要更高陽極電位來驅動反應，使傳統(tǒng)耐堿陽離子結構在純水電解環(huán)境中的適用性面臨挑戰(zhàn)。
 

　　針對這一問題，研究團隊構建了具有不同陽離子官能團的陰離子交換離聚物體系，系統(tǒng)比較了其耐堿穩(wěn)定性、抗氧化穩(wěn)定性和純水 AEMWE 器件耐久性。研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)耐堿性較好的陽離子結構并不一定適用于純水電解環(huán)境。相比之下，具有更高氧化穩(wěn)定性的陽離子官能團能更好保持離聚物結構完整性和離子傳導能力，從而提升器件運行穩(wěn)定性(圖1)?；谘趸€(wěn)定性更高的離聚物設計，研究團隊實現(xiàn)了電解槽在 80 ℃、1 A cm?² 條件下超過 360 小時的穩(wěn)定運行，其壽命是基于堿穩(wěn)定性結構的兩倍。
 

　　為進一步闡明陽離子官能團氧化降解機制，研究團隊開展了代表性季銨模型化合物的電化學氧化測試。結果顯示，在接近純水 AEMWE 陽極的高電位氧化環(huán)境中，季銨陽離子可發(fā)生脫甲基化等降解反應，部分耐堿性較優(yōu)的環(huán)狀季銨結構在氧化條件下反而穩(wěn)定性降低。
 

　　研究團隊進一步結合阻抗弛豫時間分布分析、電極形貌分析及離聚物結構表征，提出了“陽離子官能團氧化—離聚物結構退化—催化層界面失效—器件性能衰減”的失效鏈，明確了電化學氧化穩(wěn)定性是純水 AEMWE 陽極離聚物設計中長期被低估但至關重要的評價指標。該研究不僅為理解純水電解水器件耐久性瓶頸提供了分子層面的機制依據(jù)，也為開發(fā)高穩(wěn)定性陰離子交換離聚物和高性能純水電解制氫系統(tǒng)提供了設計視角。
 

　　南方科技大學與哈爾濱工業(yè)大學聯(lián)合培養(yǎng)博士生金依琦為論文第一作者。李輝、樊建濤為論文共同通訊作者。南方科技大學為論文第一單位。該研究獲得了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金及高水平專項基金、廣東省電力能源材料重點實驗室、南科大碳中和能源研究院、深圳市氫能重點實驗室及南方科技大學分析測試中心的支持。
 

　　引用：南科大李輝樊建濤團隊在純水陰離子交換膜電解水的離聚物穩(wěn)定性研究方面取得進展-南方科技大學【引用時間：2026年6月24日】