ZrO2纳米纤维/磺化聚砜-聚砜复合膜：多变量协同调控实现高效碱性水电解制氢

这篇研究通过创新性地将ZrO2纳米纤维（ZrO2 NFs）与磺化聚砜（SPSF）结合，开发了一种兼具低面电阻（0.174 Ω·cm2）、高泡点压力（4.4 bar）和优异碱稳定性的复合膜（HCM-NF），在碱性水电解（AWE）中实现了1.06 A·cm-2的电流密度和600小时长效稳定运行，为工业级绿氢生产提供了突破性解决方案。

　　

Highlight

本研究首次将不规则ZrO₂纳米纤维（ZrO₂ NFs）与磺化聚砜（SPSF）在三相框架中协同整合，通过微观机械互锁机制和-SO₃^-基团的水合作用，显著提升了复合膜（HCM-NF）的离子传输效率与界面结合强度。

Materials

实验采用二氧化锆（ZrO₂，分析纯）、聚砜（PSF P1700）和磺化聚砜（SPSF，磺化度20%）等原料，通过浸渍-拉伸相转化法制备复合膜，其中聚苯硫醚网格（PPS mesh）作为增强骨架。

Morphological and performance characterization

扫描电镜显示，含1 wt% SPSF的复合膜呈现优化的多孔结构，ZrO₂ NFs形成的连续网络显著降低了OH^-迁移阻力，而PPS网格的平纹编织结构赋予膜超高机械强度（见图2a）。

Conclusions

最优化的HCM-NF膜在30 wt% KOH电解液中展现出突破性性能：泡点压力达4.4 bar，面电阻低至0.174 Ω·cm²，且连续运行600小时后仍保持稳定，为AWE工业应用树立了新标杆。