武汉大学陈胜利：分子模拟揭示全氟磺酸离聚物侧链结构与间距对其在质子交换膜燃料电池中聚集行为和氧传输的影响机制

本文针对质子交换膜燃料电池阴极催化层对铂的高依赖问题，研究全氟磺酸离聚物侧链结构与间距对其聚集行为和传输性能的影响。通过分子动力学模拟比较离聚物在体相溶液和催化层纳米薄膜中的自组装行为，发现侧链结构主要决定初级聚集体尺寸，侧链间距主导次级聚集体形成。在体相溶液中，侧链间距是调控亲水网络连通性的关键；而在催化层中，纳米限域和界面相互作用抑制次级聚集体形成，使侧链结构成为主导因素。研究还发现离聚物主链在铂表面的吸附强度与氧气通量负相关。综合表明，具有适中侧链长度和较小间距的3M877离聚物在催化层中表现最佳，平衡了质子传导与氧气渗透性能。