天津市水資源與水環境重點實驗室湯紅英副研究員在Nature Communications發表論文“Low Pt loading for high-performance fuel cell electrodes enabled by hydrogen-bonding microporous polymer binders”，這項科研成果開創性地設計和合成具有強氫鍵功能的自具微孔聚合物(PIMs)為基礎的催化劑結合劑。
基于磷酸摻雜聚苯并咪唑(PBI/ PA)膜的高溫質子交換膜燃料電池(HT-PEMFC)因其對于水熱循環系統的整合，對雜質的耐受性和對廢熱的高效率回收，在分布式發電和新能源汽車中有著巨大應用前景。該技術需在高鉑負載的電極下進行，這是由于鉑表面的酸吸收導致催化層物質傳輸能力下降和電極的氧還原反應活性降低，進而導致鉑催化劑中毒，進而大幅降低貴金屬催化劑利用率和膜電極性能。因此如何解決以上問題，成為HT-PEMFC應用的燃眉之急。而自聚微孔聚合物PIMs具有強氫鍵功能，可以提高磷酸的結合能，從而更好地將磷酸維持在Pt催化劑顆粒附近，以減輕磷酸在Pt表面的吸附。PIMs還具有大量的微孔隙度，以增強物質遷移能力，另一方面通過氫鍵和/或酸堿相互作用，以更好地保留PA，減輕鉑表面的泛水和吸附。結合高質量輸運微孔隙、強氫鍵和高磷酸結合能，四唑功能化PIM粘結劑使H2-O2電池在160℃時達到3.8 W mgPt-1的高Pt-質量比峰值功率密度，Pt負載僅為0.15 mgPt cm–2，從而為降低催化劑負載提供了巨大的機會，并為商用HT-PEMFC提供了一種可行的解決方案。
天津市水資源與水環境重點實驗室湯紅英副研究員為該論文第一作者，并與中科院山西煤炭化學研究所李南文教授為共同通訊作者。中科院山西煤炭化學研究所為該論文第一署名單位，天津師范大學為該論文第二署名單位。該研究工作受到國家留學基金委和國家自然科學基金青年項目（21835005和52G15023）的共同資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-34489-x
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