揭示HDPE相较于PP在氢屏障性能上的微观结构优势：针对管道应用的先进原位测试与分子动力学模拟

《Industrial & Engineering Chemistry Research》：Unveiling the Microstructural Origins of Hydrogen Barrier Superiority in HDPE over PP: Advanced In-Situ Testing and Molecular Dynamics Simulations for Pipeline Applications

氢能管道高分子材料渗透性能研究：高密度聚乙烯（HDPE）的结晶度（50.6%）和低自由体积分数使其在1-4MPa下表现出优于聚丙烯（PP）的氢气屏障性能，分子动力学模拟揭示HDPE中氢分子受限于狭窄孤立的微孔结构进行振荡跳跃扩散，而PP中氢分子通过更大且相互连通的自由体积网络扩散更易。研究建立材料微观结构与渗透动力学的关联模型，为氢能管道材料设计提供理论支撑。

　　

在聚合物管道中可靠地储存氢气对于氢能基础设施的安全至关重要。本研究采用一种新型的原位测试系统和分子动力学（MD）模拟方法，探讨了高密度聚乙烯（HDPE）相较于聚丙烯（PP）更优异的氢气阻隔性能。实验在室温下、1–4 MPa的压力范围内评估了氢气的渗透情况。结果表明，HDPE的优异性能归因于其更高的结晶度（50.6% vs 30.7%）和更低的自由体积分数。微观观察及分子动力学模拟显示：在HDPE的较小、相互隔离的孔隙中，氢分子的运动受到限制（表现为“振荡跳跃”模式），而在PP的较大、相互连通的自由体积网络中，氢分子的扩散则更为容易。径向分布函数分析进一步证实了氢分子与HDPE之间的更强相互作用，这种相互作用阻碍了氢分子的移动。这项研究将聚合物的微观结构与氢气渗透动力学联系起来，为设计用于氢气管道的高性能材料提供了重要指导。