氧化石墨烯构建高速质子传递通道

        质子交换膜燃料电池作为新一代清洁能源,具有能量转化效率高、“超低污染”等优点,被公认为电动汽车、固定发电站等的首选能源。质子交换膜作为燃料电池的核心部件,负责电池内质子的定向迁移,直接决定燃料电池的性能。目前,燃料电池的大规模应用受到膜价格高、环境适应性差等限制。开发新结构高性能质子交换膜具有重大战略需求。

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        天津大学化工学院姜忠义教授研究团队围绕构建高速质子传递通道开展了系统深入研究。最近,他们提出了一种构建质子传递通道的新策略,通过石墨烯/高分子核壳结构二维纳米材料直接组装,协同调控膜内物理、化学微环境,构筑高效质子通道,与目前最常用的基于高分子微相分离构建的离子通道相比,这是一条更为规整、连续的“高速公路”,实验验证其质子传递效率提升了约两倍。如果这一概念能够应用于氢燃料电池的实际生产中,有望大幅增强电池性能并降低成本,特别是有望显著提升氢燃料电池汽车的续航能力。相关工作在线发表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.201503229)上所提出的构建质子传递快速通道的策略对新一代质子交换膜的设计制造具有重要指导意义。该研究得到国家杰出青年科学基金、高等学校学科创新引智计划等资助。