Nature：纳米缝隙控制FC膜润湿性

在质子交换燃料电池膜和可逆电渗析等领域，对聚合物膜的含水量控制是一个重要的研究方向。外部的热量和水量控制系统使得整个体系的质量和体积都有所增加，通过研究聚合物膜的持水量以及维持离子传输性能的机理，来减少质量和体积的增加，显得尤为重要。 　以质子交换燃料电池来说，聚合物膜的持水量对于水合离子的传输性能起到了关键作用。电化学反应产生的水将会使得聚合物膜发生自润湿，然而，在较高温度和干燥情况下，聚合物膜会长生较大的水量损失，从而影响离子交换的性能。

　　图1. 受湿度响应的离子交换膜

　　有鉴于此，Park等人报道了一种全新的解决方案，不需要依赖外部系统就可以实现对水量的控制。研究人员利用等离子体处理的BPSH疏水涂层表面的纳米缝隙就能够控制聚合物膜的持水量。在较低温度和较大湿度时，纳米缝隙保持开放状态，在高温和干燥情况下会缩小，纳米缝隙优惠保持关闭状态。这些纳米缝隙就像阀门一样，能开能关，起到了控制水在聚合物膜上的吸附，以维持离子的传导性。这种带有纳米缝隙疏水涂层的碳氢化合物燃料电池膜在适当温度下操作时，电化学性能得到较大提高；同时，带有这种涂层的可逆电渗析膜也表现出更好的离子选择性和较低的阻力。

　　图2. 自湿润的纳米缝隙疏水膜

　　图3. 等子离子体聚合示意图

　　图4. 自湿润的纳米缝隙疏水膜对燃料电池和可逆电渗析离子交换性能的影响