质子交换膜电解池多孔传输层润湿性调控与区域优化：基于PDMS及MTMS/HDTMS复合涂层的对比研究

本研究针对质子交换膜电解池(PEMECs)中多孔传输层(PTL)气液传输效率低的核心问题，通过对比聚二甲基硅氧烷(PDMS)与甲基三甲氧基硅烷/十六烷基三甲氧基硅烷(MTMS/HDTMS)复合涂层的润湿性改性效果，结合模板化区域调控技术(10%-30%亲水区比例)，发现MTMS/HDTMS涂层可实现超疏水性(接触角θ=150.3°)，且10%疏水区样本使欧姆电阻(Rohm)降至0.20497 Ω·cm2，圆形疏水区设计显著加速气泡脱离。该研究为PEMECs高效规模化提供了创新解决方案。

　　

氢能作为清洁能源的重要载体，其制备效率直接关系到碳中和目标的实现。质子交换膜电解池(PEMECs)因其响应速度快、能量密度高等优势成为研究热点，但内部多孔传输层(PTL)的气液传输矛盾长期制约性能提升——过度亲水导致气体滞留，过度疏水又引发电解质接触不良。如何通过表面工程精准调控PTL的润湿性分布，成为突破该技术瓶颈的关键。

新疆自然科学基金等资助的研究团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表成果，创新性地对比了两种改性体系：传统聚合物聚二甲基硅氧烷(PDMS)与新型双硅烷复合物(MTMS/HDTMS)的涂层性能，并首次系统考察了不同比例(10%-30%)亲疏水区域的空间排布规律。研究采用真空辅助掩模喷涂技术实现涂层精准定位，结合扫描电镜(SEM)和电化学阻抗谱(EIS)等多尺度表征手段，揭示了改性机制与性能的构效关系。

材料与实验方法
通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)验证涂层化学结构，静态接触角测试量化润湿性变化，SEM观测表面微观形貌，EIS分析R_ohm等关键电化学参数。

结果与讨论

1. 改性体系对比：MTMS/HDTMS复合涂层展现出超疏水性(θ=150.3°)，较PDMS提升23.5%，归因于硅氧烷交联网络与长链烷基的协同作用。
2. 区域比例优化：10%疏水区样本在1.7V/0.5A·cm^-2条件下实现最低R_ohm(0.20497 Ω·cm²)，证明"少而精"的疏水分布更利于电荷传输。
3. 几何形状影响：圆形疏水区使气泡脱离速度提升40%，其曲率效应降低了气液界面钉扎力。

结论与意义
该研究确立了MTMS/HDTMS复合涂层在PTL改性中的优势地位，首次量化了10%疏水区比例的最佳性能阈值，为PEMECs设计提供了明确的工程参数。通过将超疏水化学改性与微区图案化技术结合，实现了气液传输通道的"分时分区"调控，这对开发高电流密度下抗 flooding 的电解池具有重要指导价值。新疆团队提出的"化学-空间"双维优化策略，为下一代电解槽的模块化设计开辟了新思路。