近年来，研究人员大量的研究和开发工作都致力于改善聚合物电解质燃料电池的性能。然而，这些能量转换器件的功率密度和催化活性仍远不能满足大规模运行。

近日，日本丰田实验室Ryosuke Jinnouchi报道了通过在燃料电池的阴极催化剂层中向离聚物中掺入环状骨架基质来提高其性能。

文章要点

1）微电极的电化学表征结果显示，使用具有高氧溶解度的离子交联聚合物可获得高功率密度。高溶解度使得氧可渗透离聚物/催化剂界面，并与催化剂表面上的质子和电子反应。单晶催化剂表面表征结果显示，由于减轻了磺酸根阴离子基团引起的催化剂中毒，氧还原（ORR）反应活性得到显著增强。

2）分子动力学模拟表明，高氧渗透和中毒缓解都是由于结合的环状结构基质抑制了催化剂表面附近聚合物主链的密集分层折叠所致。

这些实验和理论结果表明，离聚物的定制分子设计促进了局部氧传输和催化反应。

参考文献

Jinnouchi, R., Kudo, K., Kodama, K. et al. The role of oxygen-permeable ionomer for polymer electrolyte fuel cells. Nat Commun 12, 4956 (2021).

DOI：10.1038/s41467-021-25301-3

https://doi.org/10.1038/s41467-021-25301-3