质子交换膜燃料电池（PEMFC）在基于燃料电池的电动汽车中是一种很有前途的清洁发电装置。对高效、低成本技术的进一步要求，使得使用磷酸掺杂聚苯并咪唑的高温质子交换膜（PEM）受到青睐，它们不需要额外的加湿器就可以工作到180 °C。然而，其也面临着120 °C以下磷酸的快速损失，商业化因此受到限制。

近日，澳门大学孙国星教授，深圳大学王雷教授报道了首次将UiO-66（多孔碳-ZrO₂）碳化，并将其用于制备支化的OPBI和PAM水凝胶（BHC1-4），实现了宽温度范围的PEM。

文章要点

1）为了提高BHC膜的尺寸稳定性，引入了支化结构。为了提高机械强度和PA的吸收率，选择了具有均匀多孔结构的UiO-66，包括ZrO2纳米颗粒。此外，研究了UiO-66在不同温度下的PA溶液中的性能。PA刻蚀了UiO-66，形成了介孔结构。另外，ZrO₂在160 °C浸泡在PA中后转变为Zr(HPO₄)₂H₂O。

2）与OPBI、B和BH膜相比，BHCl-3膜的掺酸和吸水能力、机械强度和质子导电性都得到了很大的提高。值得注意的是，高PA和高吸水率分别为265 wt%和87 wt%的BHC2在180 °C未加湿的情况下表现出158 mS cm⁻¹的高电导率。在80 ℃和160 °C下，未加湿H₂和O₂的峰值功率密度分别为265和656 mW cm⁻²。此外，BHC2膜的冷启动循环次数达到40次，显示了其作为新一代燃料电池质子交换膜的潜力。

参考文献

Bibo Yin, et al, onstruction of Stable Wide-T emperature-Range Proton Exchange Membranes by Incorporating a Carbonized Metal–Organic Frame into Polybenzimidazoles and Polyacrylamide Hydrogels, Small 2021

DOI: 10.1002/smll.202103214

https://doi.org/10.1002/smll.202103214