臧宏瑛、李阳光等：多金属氧簇基杂化膜材料领域取得重要进展

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质子交换膜燃料电池作为新型能量转换装置具有高效、节能及环境友好等优点。在该电池体系中，质子交换膜发挥着隔离燃料和传递质子的重要作用，是燃料电池的“心脏”，其性能直接决定了电池的能量密度及能量转化效率。通常来讲，质子交换膜的“质子传导率”、“甲醇渗透率”和“力学性能”等属性难以兼顾，高效质子交换膜的制备已成为制约燃料电池发展的主要因素之一。

       在众多种类的质子交换膜当中，美国杜邦公司（Dupont）研制并开发的Nafion系列全氟磺酸膜受到广泛关注并应用到各类能量转换器件中。但是在低湿度下，由于Nafion 膜膜通道内水含量不足，导致膜通道收缩，质子淌流下降等问题，致使质子电导率急剧下降；且Nafion 膜甲醇渗透较严重；氧还原反应产生过氧化氢/氧自由基(·OH或·OOH)等强氧化基团，可攻击Nafion的内部骨架结构引发分解。针对以上问题，近日，东北师范大学多酸科学教育部重点实验室臧宏瑛教授，李阳光教授和中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室段晓征副研究员合作，提出了利用多金属铋氧酸盐精确分子级掺杂“靶向组装”策略构筑Nafion/{H6Bi12O16}杂化膜，来优化其质子传导性能和甲醇燃料电池性能以及机械稳定性能，文章发表在《德国应用化学》Angew. Chem. Int. Ed. 2020, DOI: 10.1002/anie.202012079。相比于传统的无机有机杂化方法，分子水平杂化膜的质子传导性能和甲醇燃料电池性能得到显著提升。同时，采用实验和理论结合的研究方法，从分子动力学角度揭示了其结构的特性和组装机制。
       Nafion-Bi12-3%杂化膜在80oC水中的质子传导率可达到0.386 S cm-1。{Bi12}团簇的引入，促使杂化膜保持较高质子传导率的同时抑制了甲醇渗透率。在甲醇燃料电池性能测试中，Nafion-Bi12-3%杂化膜展现出了比Nafion膜更优异的性能，直接甲醇燃料电池的最高功率密度和电流密度分别达到110.2 mWcm-2和432.7 mAcm-2。此外，研究者也分析了在恒定电压（0.35 V）下直接甲醇燃料电池的电流衰减情况，即连续50 h内总电流衰减率仅为2.46%。这项工作为通过多金属氧酸盐杂化设计多功能聚合物电解质膜提供了新的思路。
       文章链接：Bailing Liu, Bo Hu,  Jing Du, Dongming Cheng, Hong-Ying Zang,* Xin Ge, Huaqiao Tan, Yonghui Wang, Xiaozheng Duan,* Zhao Jin, Wei Zhang, Yangguang Li,* Zhongmin Su，Angew. Chem. Int. Ed. 2020, DOI: 10.1002/anie.202012079


       文章来源：东北师范大学
       臧宏瑛，东北师范大学化学学院教授，博士生导师，2013年获得首批“长白山学者”称号。师从英国著名无机化学家、皇室授勋教授Leroy Cronin 和龙德良老师，获得英国格拉斯哥大学博士学位。回国后从事多酸基材料自组装及其在燃料电池领域应用研究，主持过国家自然科学基金面上项目，“973 ”课题（子项目负责人），吉林省科技厅创新项目及校内自然科学基金青年项目，参与过国家自然科学基金和教育部项目。已在国际主流杂志发表论文30余篇，其中包括Nat. Chem.; Nat. Commun.; J. Am. Chem. Soc .; Angew. Chem. Int. Ed.; Adv. Mater.等。
       李阳光，现任东北师范大学化学学院教授，博士生导师。校首批“东师学者”青年学术骨干。从事多酸化学研究。师从王恩波教授，获得硕士和博士学位。对新型多金属氧酸盐合成及其表面氧配位能力进行了深入研究。曾留学法国和德国2年开展博士后研究工作。目前主要科研方向是多酸化学中的手性构建与功能特性研究。从2007年-2011年，以第一作者和通讯作者发表的SCI文章48篇，包括Angew. Chem. Int. Ed.，J. Am. Chem. Soc.，Chem-Eur. J.，Chem. Commun.，Inorg. Chem.等国际著名化学杂志。编著出版学术专著二部。获吉林省自然科学学术成果一等奖一次（排名第一）。