June 11, 2026

第一作者：张舒雯 通讯作者：王刚 通讯单位：四川大学 成果简介 随着液流电池技术的发展，作为液流电池储能先驱的铁铬氧化还原液流电池（简称铁铬液流电池或ICRFB）重新引起了人们的研究关注。尽管它们具有显著的成本优势，但由于离子交叉渗透而导致的容量下降仍然是其商业化的主要障碍。此外，目前关于ICRFB非氟离子交换膜材料的报道较少。为此，四川大学王刚&王瑞林教授团队首次将共价有机骨架磺化席夫碱网络（SSNW）引入磺化聚酰亚胺（SPI）中，制备了一种用于ICRFB的新型SPI/SSNW复合膜。SPI和SSNW中的-SO3H基团与SPI中的氟原子和SSNW的氮原子形成的氢键网络，结合SSNW的尺寸排斥效应，有效地阻碍了Cr3+和Fe3+的交叉渗透，并通过静电势计算结果进行了进一步分析。单电池性能测试表明，组装SPI/SSNW1%膜的ICRFB在80mA cm-2下实现了93.96%的库仑效率和76.40%的能量效率。与Nafion212膜相比，SPI/SSNW-1%膜在50次循环中的容量保持率提高了17.74%。这些结果表明，该新型磺化聚酰亚胺复合膜有望应用于ICRFB。 图1 SPI/SSNW复合膜阻隔铁铬离子交叉渗透示意图 相关研究成果以“A Novel Sulfonated Polyimide Composite Membrane Containing CovalentOrganic Frameworks for Iron−Chromium Redox Flow Battery Application”为题发表在Industrial & Engineering Chemistry Research上。 感谢四川大学王刚博士校稿！ 本文所用 一体化液流单电池测试系统（YTH-1/LSB-1） 由武汉之升新能源有限公司提供 研究背景 铁铬氧化还原液流电池（简称铁铬液流电池或ICRFB）是最早研究的氧化还原液流电池技术之一，与更普遍的全钒液流电池相比具有明显的成本优势。具体而言，铁、铬电解液的成本约为17 kWh-1，而钒电解液的成本达到189 kWh-1。尽管铁铬液流电池有成本优势，但仍存在许多技术挑战和瓶颈亟待解决。 作为氧化还原液流电池的核心部件，质子交换膜将阳极电解液与阴极电解液隔离开来，允许质子通过并形成离子通路。目前，铁铬液流电池隔膜主要为阳离子交换膜，其中Nafion膜的使用最为广泛。Nafion膜的全氟骨架确保了其出色的化学稳定性，而其高浓度的亲水性磺酸基团增强了离子导电性。然而，较高的离子渗透性和成本阻碍了Nafion膜在铁铬液流电池中的商业化应用。 在主流的全钒液流电池中，磺化聚酰亚胺（SPI）膜具有成本低、热稳定性好、易于合成、结构设计灵活、钒离子选择性好、质子传导性高等优点，已成为一种有前景的隔膜材料。但磺化聚酰亚胺膜在铁铬液流电池中的应用尚无先例。在这项工作中，合成的SPI和共价有机骨架磺化席夫碱网络（SSNW）分子形成了一个连续的氢键网络，加上SSNW分子的尺寸排斥效应，共同提升了膜的稳定性、离子选择性和离子传导性。该研究首次将磺化聚酰亚胺膜应用于ICRFB领域，为铁铬液流电池非氟离子交换膜材料提供了一个可行的探索方向。 核心内容 1、COF与膜的制备及其化学结构  图2 （a） SNW和SSNW的XRD图谱；（b） SNW和SSNW的N2吸附–解吸等温线；（c） SSNW和SPI的FT-IR光谱；（d） SSNW和SPI/SSNW-x%（x=1, 2, 5）的FT-IR光谱 席夫碱网络SNW和SSNW的XRD图谱如图2（a）所示，表明它们具有相似的结构。此外，2θ = 22°处的宽衍射峰表明SNW和SSNW是非晶相结构。图2（b）显示了SNW和SSLW的N2吸附–解吸曲线，揭示了IV型吸附等温线的特征。此外，根据实验数据的分析结果，SNW的Brunauer−Emmett−Teller（BET）表面积为566.41 cm2g−1，而SSNW的BET表面积略微下降至520.32 cm2g−1，表明SNW已成功磺化。 SPI和SSNW的红外光谱如图2（c）所示。对于SSNW，3415 cm−1处的峰是由N−H键的伸缩振动产生的，C=N的伸缩振动位于1548 cm−1，分子中叔胺的C−N伸缩振动位于1353 […]

  第一作者：黄泽波博士、刘沂林 通讯作者：谢兴博士、伍建军教授 通讯单位：桂林电子科技大学 成果简介 钒液流电池（VRFB）是实现大规模、长期能量储存的重要技术。在其各个组成部分中，流场结构是影响电池性能的关键因素之一。本研究受到自然界叶脉优秀养分传输过程的启发，提出了一种仿生叶脉的流场设计，并创新性地在主流道中加入了导流块，旨在利用导流效应显著增强电解液的分布均匀性和传质能力。采用仿真与实验结合的方法验证该模型的有效性，并通过长时间充放电循环实验验证了电池的性能。分析结果表明，在相同条件下，本研究的能量效率相比蛇形流场提高了1.983%，比基础设计提高1.11%。该设计机制有效改善了VRFB中活性物质的传输特性，为未来流场结构的设计提供了参考。 相关研究成果以“Design and optimization of a novel flow field structureto improve the comprehensive performance of vanadium redox flow batteries”为题表在“Journal of PowerSources (IF=8.1)” 感谢桂林电子科技大学黄泽波博士校稿！ 本文所用 一体化液流单电池测试系统（YTH-1/LSB-1） 由武汉之升新能源有限公司提供 研究背景 在全球实现“双碳”目标和调整能源结构的努力下，许多国家的可再生能源发电，特别是风能和太阳能的新增装机容量正在快速增长。然而，这些可再生能源的固有随机性和间歇性可能会对电力输出质量产生负面影响。为应对这一挑战，能源储存技术变得至关重要，其中钒液流电池是最成熟的解决方案之一。然而，其也存在一些缺点和挑战，例如不均匀的流动可能导致电解液的局部浓度剧烈变化，流动不稳定性导致局部压力波动和不均匀的电解液分布等，都对电池性能和使用寿命产生负面影响。 为应对这些挑战，许多研究者致力于改善流场性能并尽量减少能量损失。在众多策略中，优化流场设计最为突出，并且效果最为显著。Guo等人开发了一种分叉式交叉流场，成功地将电解液引导到分支通道中，确保了电解液的均匀分布；Hao等人在碳毡电极上优化了流场设计，显著降低了浓度极化，提高了放电容量和功率密度；Pan等人优化了蛇形流场的通道深度梯度，发现25%的梯度可最大化基于泵浦的电压效率；Lu等人引入了一种创新的旋转蛇形流场，在不同的SoC下提供了更高的放电电压，并减少了过电位；Sun等人通过三种不同的仿真方法探讨了下肋液压阻力的调整，以提高分布均匀性；Wei等人开发了一种增强对流的流场结构，以改善水基红氧流电池中的下肋对流；Chai等人采用双螺旋流道设计，评估了不同流动模式对VRFB性能的影响；Gundlapalli等人报告了方向分裂蛇形流场，在与传统设计比较下，能量效率提高了12%，循环效率提高了3%；Yang等人提出了一种新型仿生流场，在较高流速下降低了电压下降，同时保持了高电压效率；Akuzum等人研究了流场深度变化，发现坡道设计使得所需泵浦压力降低了40%。 本研究提出了仿生叶脉流场（LFF），其灵感来源于叶片的脉络结构。该设计通过将一个主流道（类似叶片的中央脉络）置于进出口之间，且在两侧按固定间隔（0.5毫米）延伸出分支流道。紧接着，本文创新性地在主流道中引入了导流块，形成导流结构仿生流场（OLFF），这一设计能够增强电解液中活性物质的传输能力，促进电解液的更均匀分布。本研究通过仿真验证了OLFF的有效性，结果表明其在平均反应物浓度、系统效率和基于输出功率效率等方面均有显著改善。随后，通过实验验证，将OLFF与LFF和SFF进行了比较。尽管由于导流块的引入，内部阻力略有增加，但在相同条件下，OLFF的能量效率比SFF高出1.983%，比LFF高出1.11%。这一有效设计机制不仅增强了VRFB的工程应用潜力，还为大规模能源储存提供了参考价值。    图1. (a) VRFB 单电池结构图，(b) 仿生流场结构示意图，(c) 电化学反应原理图、(d) 电化学反应方程式。 核心内容 【模型验证】 物质传递是自然界中常见的现象，尤其是植物的养分运输方式。如图 2(a)所示，绿色植物能够长期茁壮成长，主要得益于其高效的养分运输网络。在植物中，叶脉一般起着传导和支撑的作用，叶片上呈现出各种规则的叶脉分布。养分从叶片底部进入，流向树干，再通过无数细小的枝条分布到叶片边缘。这一自然现象凸显了枝条在养分运输中的关键作用。因此，这项工作提出了一种创新的仿生叶脉流场，它能显著增强多孔电极内活性物种的传输。此外，如图 2(b) 所示，通过在每个分支入口处引入直径为 0.5 毫米的圆形导流块，该结构得到了改进。这一改进利用了导流效应，迫使电解质流动面积变大，从而促进电解质分布更加均匀。图 2(c) 清楚地显示了输送到分支的活性物质明显增加。    图2.

  第一作者：钟薇、吕莉莉 通讯作者：王宗花 通讯单位：青岛大学 成果简介 全钒液流电池（VRFB）是一种极具吸引力的可再生能源存储与输出技术，而质子交换膜是决定其性能的关键组件。在本研究中，通过在聚偏二氟乙烯–六氟丙烯（PVDF-HFP）聚合物基体中引入磺化纤维素纳米晶SCNC/MXene复合材料，设计并制备了一种新型质子交换膜。该膜表现出低钒离子渗透率（4.92 × 10⁻⁹ cm² min⁻¹）、较高的质子电导率（15.8 mS cm⁻¹）以及优异的离子选择性（3.21 × 10⁶ S min cm⁻³）。SCNC 与 MXene 纳米片的协同作用显著提升了 VRFB 的整体性能，使库仑效率从 97.0% 提高至 98.2%，电压效率从 83.07% 提高至 93.44%，在 40−120 mA cm⁻² 电流密度范围内，能量效率达到 81.6% 至 90.7%，均优于商业 Nafion 212 膜。SCNC/MXene/PVDF-HFP 混合膜在各项电池性能上均表现优异，有望成为 VRFB 质子交换膜的理想候选材料。 感谢青岛大学王宗花教授校稿！ 本文所用 一体化液流单电池测试系统（YTH-1/LSB-1） 由武汉之升新能源有限公司提供 汇聚液流电池科研人员超1500人 长按识别下方二维码，邀请进群 （备注：单位名称姓名电话、进群） 研究背景 VRFB 通过正极储罐中的 V(IV)/V(V) 和负极储罐中的 V(III)/V(II) 之间的氧化还原反应，实现化学能与电能的相互转换。质子交换膜作为关键组件，既需允许质子传输，又需防止电解液交叉污染。VRFB

  第一作者：王权 通讯作者：安全福 通讯单位：北京工业大学 成果简介 在本工作中，北京工业大学安全福教授团队提出了离子共价有机聚合物（iCOP）复合膜来提高铁铬液流电池（ICRFB）的电池效率。通过界面聚合法合成了iCOP，所得复合膜具有优异的物理化学性能。合成的iCOP中的磺酸基团促进了膜的质子传输。全氟PEM和iCOP之间形成的氢键网络进一步促进了膜的质子传输过程。同时，酸性条件下带正电荷的氨基由于Donnan效应抑制了Fe3+和Cr3+的跨膜渗透。其中，iCOP-8膜的质子电导率在80°C时达到215 mS cm-1。此外，iCOP-8在所有膜中对Fe3+（1.44×10-7 cm s-1）和Cr3+（0.47 × 10-7 cm s-1）的渗透速率最低。就ICRFB性能而言，在100 mA cm-2的电流密度下，库仑效率为97.66%，能量效率为87.11%。电池也稳定运行了200多次循环，性能没有明显下降（CE：>97.01%，EE：>86.01%）。 相关成果以“Ionic covalent organic polymer (iCOP) compositemembranes with enhanced efficiency for iron-chromium redox flow battery”为题发表Journal of MembraneScience上。 感谢北京工业大学安全福教授校稿！ 本文所用 一体化液流单电池测试系统（YTH-1/LSB-1） 由武汉之升新能源有限公司提供 汇聚液流电池科研人员超1500人 长按识别下方二维码，邀请进群 （备注：单位名称姓名电话、进群） 研究背景 近年来，在高性能PEMs的开发中，针对新型材料的研究显著增加，研究人员努力提升RFB复合膜性能。例如，引入二维材料，包括金属有机骨架（MOF）、石墨烯、碳纳米管和共价有机骨架（COF），都是提高膜性能的有效方法。其中，UIO-66被接枝到PBI的主链上，能够构建离子传输通道，从而降低了钒的渗透性和面电阻。所制备的膜组装的电池能够稳定循环2000次，该膜在2000次循环后没有明显的结构变化。将胺基化碳纳米管掺入磺化聚醚醚酮（SPEEK）中也能够提高ICRFB性能。与Nafion 212相比，S/MWCNT-NH2-2膜在40-140 mA cm-2的电流密度下表现出更高的CE（96.06%-98.22%）和EE（82.04%-88.09%）。此外，与Nafion 212相比，该膜能够实现较低的容量衰减（每次循环0.52%）和18小时的自放电时间。在上述材料中，COF因其大比表面积、可调结构和优异的化学稳定性而得到研究人员的关注。此外，COF的孔径可以根据具体应用进行调整，从而实现高效的分子筛分和分离。例如，研究人员通过合成具有适当孔径（0.48 nm）的SNW-1，精确筛选VFB中的水合质子和钒离子。在VFB中，相应的膜在40 mA cm–²下的CE为98.7%，电压效率（VE）为94.8%。此外，研究人员制备了一种具有楔形榫状加强结构的连续SCOF/Nafion膜用于VFB，所制备的膜具备较小的孔径（5-10Å），可有效筛分H+/Vn+离子，从而提高电池EE（在100 mA cm-2下为85.5%）和循环性能（>900小时）。最近，基于不可逆强共价键的共价有机聚合物（COP）因其受调节的离子传输通道、优异的化学稳定性和材料灵活性而被应用于RFB中，COP中的有机共价键即使在酸性较高的化学环境中也保持结构完整性。同时，COP中氢键网络也促进了COP膜中的离子电导率。Wang等人通过在COP中引入不可逆强仲胺键。原位聚合制备了亚纳米孔径为4.5-6.4Å的自支撑COP膜，建立了具有连续路径的超微孔通道，用于快速质子传输。通过孔径筛分和Donnan效应的双离子分离机制，组装的VFB在200 mA cm-2下实现了99.0%的CE和83.0%的EE。 在本工作中，北京工业大学安全福教授团队开发了iCOP复合膜来提高ICRFB的电池效率。iCOP粉末是通过1,3,5-三醛基间苯三酚（Tp）和4,4′-二氨基-3,3′-联苯二磺酸（DABDS）通过希夫碱反应合成的。通过X射线衍射（XRD）、比表面积分析仪（BET）、X射线光电子能谱（XPS）、热重分析（TGA）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）证实了合成的iCOP粉末的结构。测量了iCOP复合膜的物理化学性质，包括质子传导率、机械强度、吸水率（WU）、溶胀比（SR）、离子交换容量（IEC）和离子渗透性测试，以评估膜性能。然后在将iCOP复合膜组装到ICRFB中，并根据复合膜中iCOP的含量评估电池性能。最后，通过电池自放电测试、容量衰减和稳定性，进一步验证了复合膜的综合性能。 核心内容 1.iCOP粉末的表征

  第一作者：宋芃 通讯作者：安全福 通讯单位：北京工业大学 成果简介 非氟质子交换膜（PEMs）广泛应用于液流电池（RFBs）。然而，聚合物单体的高成本和复杂的合成工艺阻碍了PEMs在RFBs中的广泛应用。在本工作中，北京工业大学安全福教授团队通过直接磺化合成了一系列磺化聚苯并咪唑膜（SNPBI-x），并验证了其在铁铬氧化还原液流电池（ICRFB）中的应用。SNPBI-x膜由刚性聚苯并咪唑和萘环组成，不仅缓解了由磺酸基团引起的机械性能降低问题，并且提升了膜在运行过程中的稳定性。此外，与Nafion 212相比，SNPBI-x膜表现出相对较高的离子交换容量（IEC）、高吸水率和低溶胀度。同时，SNPBI-1.42的渗透性明显较低，96小时后Fe3+的渗透性率为0.762×10-7cm s-1，Cr的渗透率为0.438×10-7cm-s-1。高离子选择性主要是因为咪唑基团质子化引入的Donnan效应，增强了膜的离子选择性。此外，优化的SNPBI-1.42在所有测试的膜中表现出最佳的电池性能，在100mA cm-2下实现了97.55%的库仑效率（CE）、86.88%的能量效率（EE）和89.06%的电压效率（VE）。同时，SNPBI-1.42在ICRFB中保持高于80%的EE超过1600次循环，进一步证实了其在ICRFB的优越化学稳定性。 相关成果以“Simply designed sulfonated polybenzimidazolemembranes for iron-chromium redox flow battery”为题发表在Journal of MembraneScience上。 感谢北京工业大学安全福教授团队校稿！ 本文所用 一体化液流单电池测试系统（YTH-1/LSB-1） 由武汉之升新能源有限公司提供 汇聚液流电池科研人员超1400人 长按识别下方二维码，邀请进群 （备注：单位名称姓名电话、进群） 研究背景 近年来，包括SPEEK、SPBI、SPI和SPSF在内的非氟PEM在RFB中的应用得到了广泛的研究。Wang等人为VRFB制备了磺化聚醚酮和两性聚醚酮（SPEEK/APK）的复合膜，与Nafion 212相比，所制备的PEM表现出优异的结构相容性和较低的钒渗透性。在100 mA cm-2的电流密度下，VRFB的EE为81.3%。Li等人设计了一种含有柔性脂肪族链段的磺化聚酰亚胺（SPI）膜，用于VRFB。该膜具有优异的化学稳定性和优异的电池性能。在100 mA cm-2的电流密度下，用SPI组装的电池显示出比Nafion 212（CE:93.14%；EE:74.13%）更高的CE（96.83%）和EE（79.47%）。作为碳氢质子交换膜的代表，磺化聚苯并咪唑（PBI）膜因其优异的质子传导性、离子选择性、机械性能和成本效益而成为提高RFB性能的研究热点。具体来说，酸性体系RFB中质子化的咪唑基团会排斥电解液中的电活性阳离子，从而防止活性物质的跨膜扩散。例如，Yang等人通过Friedel-Crafts反应合成了一系列无醚聚对三苯基甲基咪唑（PTMIm）膜，在全芳香主链上形成悬垂的咪唑侧基，从而实现了钒离子的静电排斥。与Nafion 115（6.6×103 S min cm-3）相比，所获得的膜具有更高的选择性（8.7×105 S min cm-3），在100 mA cm-2电流密度下的VRFB中，500次循环下的CE可以达到99.5%。除了咪唑侧链外，在PBI骨架上引入磺酸封端的柔性侧链也是提高电池性能的有效方法。He等人将亲水性侧链接枝到PBI上，以形成微相分离结构，从而进一步提高了质子传导率。同时，由于咪唑基团引起的Donnan效应，相应的PEM表现出超低的钒渗透性。该膜在80mA cm-2下实现了89.13%的EE和90.73%的VE。此外，在相同的电流密度下，能够以同样的效率保持200个循环。尽管PBI的化学接枝获得了优异的RFB性能，但引入侧链需要精确控制合成条件，不可避免地增加了膜制备过程的复杂性。为了简化合成过程，Li等人通过一锅法合成磺化单体，设计了一种磺化度可控的磺化PBI膜。合成的膜利用磺酸基团和咪唑基团的静电排斥作用，有效地促进了质子传输，同时防止了氧化还原物质的交叉。该膜在ICRFB中的CE为98.2%，EE为83.17%。然而，磺化度（DS）取决于磺化单体，导致PBI中的磺化位点受到限制。 在本工作中，通过磺化方法设计了一种具有不同DS的磺化聚苯并咪唑聚合物（SNPBI-x）。所获得的膜具有多个磺化位点，增加了离子交换容量（IEC）。同时，在SNPBI-x中引入刚性萘环可以防止高DS引起的机械强度损失。对聚合物进行了傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、1H核磁共振光谱（1H NMR）、IEC和离子渗透性等表征，以表征合成的SNPBI-x。此外，还评估了膜的吸水率（WU）、溶胀度（SR）和机械性能。之后，将膜应用在ICRFB中，对面电阻、自放电性能、电池的CE、EE和VE等关键指标进行了测试，并与Nafion 212进行了比较。此外，在100 mA cm-2下用Nafion 212和SNPBI-x进行了长期稳定性测试。在稳定性测试前后，通过FT-IR和1H NMR对SNPBI-1.42膜进行了比较。 核心内容 1.NPBI和SNPBI-x的化学结构和形貌 如图1a所示，1440

  第一作者：李泽旭 通讯作者：李昊龙 通讯单位：吉林大学 成果简介 Nafion膜是目前全钒液流电池中应用最广泛的质子交换膜。然而，Nafion膜的离子相区和钒离子之间存在显著的尺寸差异，导致了严重的钒离子渗透问题。在本工作中，吉林大学李昊龙教授团队采用超分子复合改性策略，使用聚（2-乙烯基吡啶）（P2VP）修饰Nafion的离子相区，通过P2VP的空间位阻效应和Donnan排斥效应，实现了有效的钒离子阻隔。而且，P2VP和Nafion离子相区之间的良好相容性使Nafion能够保持连续的质子传输通道。与Nafion 212膜（8.1×104 S min cm−3）相比，杂化膜的离子选择性（10.6×104 S min cm−3）提高了30.9%。与Nafion 212膜（96.9%和87.4%）相比，杂化膜显著提高了全钒液流电池性能，在100 mA cm−2下表现出优异的库仑效率（98.1%）和能量效率（88.8%）。此外，经过100次循环后，杂化膜电池的容量保持率（90.8%）比Nafion212膜（67.3%）高1.3倍。 相关成果以“Nafion Hybrid Membranes with Enhanced IonSelectivity via Supramolecular Complexation for Vanadium Redox Flow Batteries”为题发表ACSApplied PolymerMaterials上。 感谢吉林大学李昊龙教授校稿！ 本文所用 一体化液流单电池测试系统（YTH-1/LSB-1） 由武汉之升新能源有限公司提供 汇聚液流电池科研人员超1400人 长按识别下方二维码，邀请进群 （备注：单位名称姓名电话、进群） 研究背景 质子交换膜是全钒液流电池（VRFB）的关键部件，起着传导质子和阻隔钒离子的作用，决定着电池的性能。目前，商业上广泛采用的质子交换膜是以Nafion膜为代表的全氟磺酸膜。然而，Nafion膜中离子相区的尺寸远大于钒离子的尺寸，导致该类膜材料在全钒液流电池的应用中面临严重的钒离子渗透问题，严重影响了电池效率。针对该问题，传统本体改性方法向Nafion膜共混引入纳米填料来阻隔钒离子渗透，但是这些填料通常与Nafion基体的相容性差，会破坏Nafion膜离子相区的连续性，导致质子电导率下降。因此，在不破坏Nafion膜离子相区的连续性且不牺牲质子电导率的前提下，提升膜的阻钒性能具有重要研究意义和实用价值。为此，需要设计与Nafion相容性良好且与Nafion离子相区尺寸匹配的添加剂，能够以分子尺度分散在Nafion离子相区中，并通过空间位阻和Donnan排斥等多重效应来提升Nafion膜的阻钒性能。    方案1 采用超分子复合化策略制备的Nafion/P2VP杂化膜示意图  在本工作中，吉林大学李昊龙教授团队通过超分子复合作用将聚（2-乙烯基吡啶）（P2VP）引入Nafion的离子相区，制备了一种具有高阻钒性和良好质子导电性的Nafion杂化膜。P2VP的吡啶基团和Nafion的磺酸基团之间的静电相互作用使P2VP能够分散在Nafion离子相区。此外，带正电荷的吡啶基团和P2VP链分别提供了Donnan排斥效应和空间位阻效应，增强了Nafion膜阻隔钒离子的能力（方案1）。该改性方法有效地提高了VRFB的库仑效率和能量效率。 核心内容 1.结构表征 不同P2VP含量的杂化膜的照片如图1a所示。即使P2VP的质量分数达到3wt%，所有杂化膜都是透明的，没有宏观相分离。使用扫描电子显微镜进一步研究了这些杂化膜的横截面微观结构（图1b）。RNP-1和RNP-3均展现出光滑且平坦的横截面轮廓，表明P2VP组分与Nafion膜基质具有良好的相容性。使用SAXS研究了杂化膜的微相结构。如图1c所示，RN在q=2.24nm-1处的散射峰对应于Nafion自组装形成的纳米尺寸离子相区之间的平均距离，也称为离聚物峰。在掺入P2VP后，所有杂化膜的离子相区都得以保持。同时，随着P2VP含量的增加，峰值逐渐向低q区移动，是因为P2VP进入离子相区并占据特定体积，导致离子相区尺寸略有增加。相应地，离子相区之间的平均距离变大。根据计算的q值，RN、RNP-1、RNP-2和RNP-3的离子相区间距分别从2.80nm增加到2.87nm、2.91nm和2.92nm。SAXS结果表明，在引入P2VP后，Nafion离子相区的尺寸增加了不到1 nm。结果表明P2VP不以分子线圈的形式存在于Nafion的离子相区中，而是采用延伸链构象，跨越多个离子相区。    图1（a）RN和代表性Nafion杂化膜的照片；（b）RNP-1和RNP-3横截面的SEM图像；（c）RN，RNP-1，RNP-2和RNP-3的小角度X射线散射（SAXS）剖面；（d）RN和代表性的Nafion杂化膜RNP-1的衰减全反射傅里叶变换红外（ATR-FTIR）光谱；（e）P2VP和RNP-1的N 1s扫描的X射线光电子能谱（XPS） 进一步研究了Nafion和P2VP在杂化膜内的分子间相互作用。ATR-FTIR结果表明，RN中−SO3−的不对称伸缩振动位于1051 cm−1。当P2VP含量为1 wt%时，特征峰略微蓝移到1052 cm−1，表明Nafion的−SO3H基团与P2VP的吡啶基团之间存在静电相互作用（图1d）。XPS光谱显示，纯P2VP中吡啶氮的N

    第一作者：贺宁 通讯作者：陈仲欣教授，涂文广教授，唐叔贤院士 通讯单位：香港中文大学（深圳） 成果简介 电化学硝酸盐还原（NO3RR）制氨是传统Haber-Bosch 工艺的一种很有前途的替代策略。然而，竞争性的析氢反应（HER）降低了氨的法拉第效率，而析氧反应（OER）增加了能耗。本研究设计了IrCu4 合金纳米颗粒作为双功能催化剂，以实现高效的NO3RR 和 OER，同时抑制不需要的HER。这是通过使用IrCu4 催化剂在正电位下操作 NO3RR 来实现的，这使得NO3RR 的法拉第效率达到 93.6%。当应用于OER 催化时，IrCu4合金也显示出优异的性能，在10 mA cm-2 时具有 260 mV 的相对较低的过电位。在模拟工况条件下，可以在16 cm2 反应面积的流动电解槽中实现 50 小时的稳定氨生产。本研究提供了一种通过双功能催化剂串联优化NO3RR 的新途径。 相关成果以“EfficientNitrate to Ammonia Conversion on Bifunctional IrCu4 Alloy Nanoparticles”为题发表在ACSNano上。 感谢香港中文大学（深圳）陈仲欣教授团队贺宁（第一作者）校稿！ 本文所用 液流反应器（流动电解槽）（LSB-1） 由武汉之升新能源有限公司提供 汇聚液流电池科研人员超1400人 长按识别下方二维码，邀请进群 （备注：单位名称姓名电话、进群） 研究背景及亮点 随着化石燃料的快速消耗和全球变暖的加剧，迫切需要发展可持续能源.一种可行的方法是用氢基能源载体取代碳基燃料，因为氢具有120 MJ kg-1的高质量能量密度。由可再生能源系统提供动力的电催化分解水是一种高效且可持续的制氢方法，这对于实现氢经济和全球碳中和至关重要。然而，在标准温度和压力下，氢气的体积能量密度低于汽油和甲醇（9.8 kJ L-1 对 31.7 和15.8 MJ L-1）。缺乏具有高质量和体积密度的合适载体，对氢能的大规模应用提出了重大挑战。