氟诱导微相分离与酸再分布双调控策略：实现宽温域适应性与卓越耐久性的高温质子交换膜

　　为解决高温质子交换膜(HT-PEMs)在宽温域适应性、机械-化学稳定性与磷酸(PA)流失间的矛盾问题，研究人员通过超酸催化聚羟基烷基化反应，将疏酸氟化单元(3,3’-二氟-1,1’-联苯，BP2F)引入聚对三联苯咪唑(PTP-IM)骨架，构建微相分离结构。所得含15 wt% BP2F的膜在180o C下展现145.11 mS cm-1 的质子电导率和1019 mW cm-2 的峰值功率密度，且200次循环后功率衰减仅4.5%，为HT-PEMFCs的工业应用提供新思路。

　　

在能源转型的浪潮中，质子交换膜燃料电池(PEMFCs)因其近零排放特性成为清洁能源的明星技术。然而，传统低温PEMFCs(<100^o
C)面临CO中毒、复杂热管理等问题，而高温版本(HT-PEMFCs)虽能突破这些限制，却受困于核心材料——高温质子交换膜(HT-PEMs)的性能瓶颈：磷酸(PA)掺杂量(ADL)与机械强度此消彼长，高温下PA流失导致电导率衰减，且宽温域(80-180^o
C)适应性不足。这些矛盾如同"既要马儿跑，又要马儿不吃草"，制约着HT-PEMFCs的工业化进程。

受全氟磺酸(PFSA)膜中氟碳骨架与磺酸基团微相分离启发，中国的研究团队另辟蹊径，通过超酸催化聚羟基烷基化反应，将疏酸的氟化单元3,3’-二氟-1,1’-联苯(BP2F)精准嵌入聚对三联苯咪唑(PTP-IM)骨架。这项发表于《Journal of Membrane Science》的研究，通过静电势(ESP)计算预判分子相互作用，结合小角X射线散射(SAXS)和原子力显微镜(AFM)解析微观结构，系统评估了PA吸附/保留率、质子传导机制及单电池性能。

材料设计与合成
通过计算化学指导，选择ESP值-17.43 kcal mol^-1
的BP2F作为疏酸域构建单元，与咪唑富集区形成"泾渭分明"的微相分离结构。

微相分离表征
SAXS显示15% BP2F样品出现3.2 nm的特征散射峰，AFM证实其形成连续纳米相区，较未改性膜(1.8 nm)提升78%，为质子传输开辟"高速公路"。

性能突破
含15% BP2F的膜在低ADL(175%)下实现145.11 mS cm^-1
(180^o
C)的质子电导率，活化能仅9.87 kJ mol^-1
，揭示氟诱导的PA定向富集效应。单电池测试中，其峰值功率密度在180^o
C达1019 mW cm^-2
，80^o
C仍保持310 mW cm^-2
，展现卓越的温域适应性。

稳定性验证
加速老化测试中，改性膜PA保留率提升32%，200次热循环后功率衰减仅4.5%，机械强度维持85%以上，归因于氟化单元对溶胀行为的精准调控。

这项研究开创性地提出"氟诱导微相分离-酸再分布"双调控策略，突破传统HT-PEMs性能天花板。其创新点在于：1) 通过分子级不相容性设计，实现PA的定向分配；2) 建立"低ADL-高电导"新范式；3) 首次将宽温域操作与长期稳定性统一。该成果不仅为新一代HT-PEMs提供普适性设计原则，更推动燃料电池向工业级应用迈出关键一步。正如通讯作者Xiangdong Zhang强调："这种仿生微相分离策略，犹如在膜内构建永不塌方的质子隧道，让能源转换既高效又持久。"