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 近日，我院乔锦丽教授团队在碱性电解水制氢领域取得重要进展，相关成果以“Dipole Moment Induced Micro-Nanopore Modulation Enables Dual-Functional Conductive Anion Exchange Composite Membranes”为题发表在材料领域顶级期刊Advanced Functional Materials（影响因子19.0，https://doi.org/10.1002/adfm.76467）上。碱性多孔隔膜中孔隙的设计对于碱性水电解系统的高效、稳定和安全至关重要。研究团队通过采用双孔形成剂（聚乙烯吡咯烷酮/聚乙二醇）诱导偶极矩协同效应和组分调控，并辅以阳离子位点（瓜尔胶羟丙基三氯铵）耦合，成功构建了一系列具有表面微纳米孔的新型多孔阴离子交换复合膜（PAECM），从而实现了通过通道转移和位点跳跃实现的双功能传输。

 图1. (a) PAECM的制备示意图。(b) PVP₁和PEG₁分子的分子电偶极矩，以及(c) 其电荷分布。(d) PVP₁和PEG₁模型化合物的LUMO和HOMO能级。(e, f) 分子动力学模拟在50 ps时的瞬态图像（PVP₅和PEG₅分子溶解于100个乙醇分子中），以及(g) 相应的均方位移曲线。

图2. (a) IEC，(b) ZPG和ZPGG_X（X = 0.5、1、1.5 wt.%）复合膜的温度依赖性电导率，以及(c) 阿伦尼乌斯曲线。(d) 复合膜的双功能传输路径。(e) 膜表面切片的透射电子显微镜（TEM）图像及能谱（EDS）元素分析；(f) GC分子中不同四级化程度的侧链模型的电荷密度分布及电荷水平。

图3. 复合膜在碱性电解水中的性能。(a) 电解系统组件示意图。(b、c) ZIRFON UTP 500、ZP、ZG ZP 以及 (d、e) ZPGG_X（X = 0.5、1、1.5 wt.%）复合膜的极化曲线和奈奎斯特阻抗图（电流密度为 200 mA cm??）。(f) 复合膜阳极侧产氧中的氢含量。(g, h) 复合膜阴极侧产氢的纯度。(i) 碱性水电解性能与先前报道的比较。(j) ZPGG_X（X = 0.5, 1, 1.5 wt.%）复合膜在1 A cm??电流密度下进行480小时的耐久性测试。

本研究中，ZPGG₁复合膜配合商用镍铝催化电极，在2 V时达到了1.89 A cm^-2的高电流密度。同时，ZPGG₁复合膜在1 A cm^-2条件下长达 480 小时的电解运行后，保持了高度稳定的结构和电化学性能。这种孔结构调节和离子传输位点锚定方法为多孔复合膜的气体阻隔性能和高离子传输能力的同步优化提供了前瞻见解。

该工作得到国家自然科学基金（项目编号：22572026）和上海市科学技术委员会“科技创新行动计划”基础研究领域项目（项目编号：19JC1410500）的支持。

 论文第一作者为我院博士研究生周永南，通讯作者为乔锦丽教授。