氢作为一种高效的清洁能源，正成为推动能源转型的关键选择。然而，氢气的泄漏和扩散特性使其储存和运输面临挑战[1,2]。聚合物膜由于易于加工且成本低廉，逐渐成为氢气阻隔应用的理想材料。然而，传统聚合物膜的阻隔性能较低，无法满足高要求[3,4]。提高聚合物复合膜的阻隔性能和稳定性在当前绿色氢能领域至关重要[[5], [6], [7]]。制备气体阻隔膜的主要策略是在聚合物基底上形成阻隔层。目前，大量研究集中在将二维（2D）无机纳米片与有机聚合物结合上。例如氧化石墨烯（GO）[[8], [9], [10]]、蒙脱石（MMT）[[11], [12], [13]]和层状双氢氧化物（LDHs）[[14], [15], [16]]等2D无机纳米片可以与聚合物形成“砖-砂浆”结构，其中2D纳米片作为“砖”嵌入聚合物“砂浆”基质中[17,18]。这种结构延长了气体传输路径，降低了气体在膜内的溶解度，从而提高了阻隔性能。蒙脱石纳米片具有低成本、高长径比和优异稳定性的优点，能够在聚合物基质中形成“纳米级阻隔层”，迫使气体分子沿较长且曲折的路径通过[19], [20], [21]]，有效防止气体渗透。蒙脱石在聚合物基质中的分散状态和排列方式对复合膜的阻隔性能有显著影响[22]。
层状自组装（LBL）技术擅长控制沉积材料中各层的组成，用于制备阻隔膜[[23], [24], [25], [26]]。这些方法大多采用浸涂和喷涂技术，通过多种相互作用将二维纳米片与聚合物结合[[27], [28], [29]]。然而，传统LBL方法的循环过程存在自组装溶液交叉污染、溶液浪费和分布不均等问题，严重限制了其在工业生产中的应用[30,31]。近年来，李等人利用超声雾化装置辅助LBL过程，制备出表面均匀有序的阻隔膜[32]。超声雾化辅助的LBL技术能够在有限空间内产生细小雾滴，并将其均匀分布在膜上，从而精确控制组装时间，减少冲洗过程中的液体浪费[33]。
除了改进制备方法外，研究人员还基于“砖-砂浆”结构开发了多种新型结构，以提高复合膜的阻隔性能。秦等人通过交替层叠聚乙烯氧化物和聚丙烯酸（PAA）与蒙脱石，形成了均匀规则的“纳米砖-墙”结构，实现了MMT层的高度水平排列[34]。孟等人选择聚乙烯醇（PVA）作为粘合剂，连接两种2D纳米片（MMT和拉普诺石），构建了“双层砖”结构[35]。PVA有助于MMT和拉普诺石在PET基底表面的均匀排列。同样，周等人通过石墨化多壁碳纳米管与MMT/聚醚酰亚胺（PEI）之间的多种相互作用，构建了“砖-砂浆-增强”结构，赋予膜优异的热阻和气阻性能[36]。受头足类动物的启发，Manabe等人在MMT/PAA/PEI构建的“纳米砖-墙”结构中加入了CaCl2，增强了非共价聚合物网络[37]。该复合膜可在10秒内快速修复表面损伤，实现自修复功能。
在本研究中，采用超声雾化辅助的LBL方法，将两种自组装溶液分别注入不同装置中。溶液被雾化成微小液滴，然后沉积在聚酯（PET）基底上。这一过程有效避免了传统LBL过程中常见的问题。此外，我们基于原始“砖-砂浆”设计开发了双层“砖-砂浆”结构。首先，带正电的PEI和带负电的PAA通过静电相互作用和氢键与MMT纳米片结合，随后进行自组装。这种新型LBL方法和组装材料设计策略使得每个沉积循环中都能沉积双层粘土，从而在相同层数的情况下增加聚合物基复合膜中的MMT含量。该策略延长了氢气扩散路径，减少了复合膜中的缺陷，为高性能气体阻隔膜的未来设计和优化提供了宝贵见解。
O含量增加（图2a–b）。其水接触角从76.1°降至45.6°。这些现象是由于碱处理过程中聚酯发生水解反应所致
