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  燃料電池（FCs），尤其是氫燃料電池，因其預期的高能量密度、零排放以及氫燃料的廣泛和可持續供應，在全球范圍內獲得了越來越多的關注，從政府能源和氣候機構、可持續能源研究所到汽車行業。其中，質子交換膜(PEMs)作為FCs的核心部件，既要充當質子導體，又要充當電絕緣體、機械屏障和氣體屏障，對多種功能的協同作用提出了很高的要求。目前，用于燃料電池的最先進的Nafion^® 全氟磺酸（PFSA）聚合物具有高質子傳導性和良好的穩定性，這分別歸功于其接枝磺酸基團和全氟化化學結構所形成的滲水通道。此外，為了使薄膜具有良好相分離的質子傳導水通道，需要進行復雜且昂貴的加工以減弱PFSA鏈的物理和化學相互作用。因此，非常需要具有成本效益的無氟聚合物質子交換膜(PEM)。然而，目前已經發展的無氟PEM復雜的制備過程和差的化學穩定性，阻礙了它們作為商業化PFSA PEMs替代品的進一步發展。

圖1. 納米復合材料的制備過程和形態特征

 圖2. 納米復合材料的結構表征

圖3. 復合膜的電化學性能、機械性能和表面特性

圖4. 復合膜組裝膜電極的H₂-O₂燃料電池性能測試

  這項工作證明了通過超分子組裝商用金屬氧簇和無氟聚合物制備雜化材料的策略，可以方便、經濟地制備出質子電導率、穩定性和可加工性均衡的PEM，并在連續制備金屬氧簇基復合PEM方面實現了新的突破。并且，無機-有機雜化納米復合材料的設計被證實是解決PEM開發過程中關鍵挑戰的可選材料，這為經濟高效地制造高性能、堅固耐用的FC器件提供了巨大潛力。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202318355