共轭聚合物中间层实现了无聚离子体的阴离子交换膜水电解

《Chem Catalysis》：Conjugated polymer interlayers enable ionomer-free anion-exchange membrane water electrolysis

　　

整体概况

阴离子交换膜水电解器通过使用非贵金属催化剂，有望实现低成本制氢。然而，传统的催化剂涂覆基底架构由于物理间隙会产生较大的欧姆损失，而催化剂涂覆膜设计则依赖离聚物粘结剂，这些粘结剂会堵塞催化剂活性位点，并在氧化条件下发生降解。由于膜是电子绝缘体，直接在膜上生长催化剂十分困难。本研究通过设计一种共轭聚合物中间层，将绝缘膜转化为导电支架，克服了这一限制。该分子策略实现了无离聚物的催化剂原位电沉积，创建了具有完全暴露活性位点的零间隙界面。除结构优势外，该中间层在碱性运行条件下会动态转变为疏水状态，阻止铁诱导的膜降解。所得电解器在1.0 A cm^-2电流密度下稳定运行超过1,000小时，电池电压仅为1.67 V，为开发适用于可再生氢制备的高性能、耐久水电解器提供了一条新途径。

亮点

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共轭聚合物中间层实现无离聚物的催化剂涂覆膜组装

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原位催化剂生长创建零间隙、无离聚物界面

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脱掺杂诱导疏水屏蔽层，防止膜降解

摘要

阴离子交换膜水电解器通过使用非贵金属催化剂实现低成本可再生氢制备，但电极架构存在界面欧姆损失、离聚物堵塞活性位点和膜降解等问题。本研究引入一种共轭聚合物中间层，将电子绝缘膜转化为导电支架，实现无离聚物的催化剂原位电沉积。直接催化剂生长创建了零间隙催化剂-膜界面，完全暴露活性位点，消除离聚物粘结剂并降低界面电阻。在碱性电解条件下，共轭聚合物动态变为疏水性，抑制铁诱导的膜降解并增强耐久性。所得阴离子交换膜水电解器在1.0 A cm^-2电流密度下运行超过1,000小时，同时维持1.67 V的电池电压。这种分子工程导电中间层为催化剂与离子交换膜的直接集成提供了通用策略，并实现了适用于可再生氢制备的高效、耐久电解器。

图形摘要