华南理工大学殷盼超教授团队在氢燃料电池关键材料领域取得重要突破，相关研究成果以“Supramolecular Complexation for Fluorine-Free Proton Exchange Membranes Enabling High-Power-Density Hydrogen Fuel Cells”为题，发表于国际顶级化学期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。该研究创新性地利用超分子络合策略，成功开发出一种高性能的无氟质子交换膜复合材料，为推进氢燃料电池的商业化应用提供了新的材料解决方案。
质子交换膜是氢燃料电池的核心部件之一，其性能直接影响电池的功率输出、效率与寿命。目前，广泛使用的全氟磺酸膜（如Nafion）虽具有优异的质子传导率和化学稳定性，但其昂贵的成本、复杂的合成工艺、高温下质子传导率下降以及废弃后的环境问题，始终是制约其大规模应用的瓶颈。因此，开发高性能、低成本、环境友好的无氟替代材料已成为该领域的研究热点与迫切需求。
殷盼超团队的研究另辟蹊径，聚焦于超分子化学的强大调控能力。他们设计并制备了一种基于刚性芳香族骨架与柔性侧链功能化聚合物的复合材料体系。其核心创新在于，通过精密的分子设计，使聚合物链上的功能基团（如磺酸基、磷酸基或氮杂环）之间能够形成多重、动态且稳定的超分子相互作用网络，例如氢键、离子相互作用或π-π堆积。这种超分子络合网络起到了多重关键作用：
它有效构建并稳定了连续的亲水质子传输通道。与依赖微观相分离形成通道的传统材料不同，超分子网络能够更精准、更稳固地引导亲水域的形成，确保了质子即使在低湿度或较高温度下也能高效传导，显著提升了膜的质子电导率，尤其在苛刻工况下的表现优异。
超分子相互作用极大地增强了材料的机械强度和尺寸稳定性。动态可逆的非共价键网络可以耗散应力，抑制膜在溶胀和运行过程中的过度形变或破裂，从而保障了电池长期运行的可靠性。精心挑选的无氟聚合物骨架赋予了材料优异的热稳定性和化学稳定性。
研究团队将所制备的无氟质子交换膜组装成膜电极，并进行了系统的氢燃料电池性能测试。结果显示，基于该超分子络合膜的燃料电池在80°C、不同湿度条件下，均展现出卓越的功率密度，其峰值功率密度显著高于许多已报道的无氟质子交换膜，甚至在某些条件下可比肩商业化的全氟磺酸膜基准性能。电池在长时间运行测试中也表现出良好的耐久性。
该工作的科学意义深远。它不仅成功展示了一种构建高性能无氟质子交换膜的有效新范式——即利用超分子络合工程来协同优化质子传导率、机械强度与稳定性，而且为设计下一代燃料电池、液流电池及其他电化学装置中的先进离子传导膜提供了全新的思路。通过非共价相互作用的灵活调控，可以在分子尺度上实现对膜微观结构和宏观性能的“按需定制”，具有巨大的设计灵活性和应用潜力。
殷盼超团队表示将继续深入探索超分子相互作用的种类、强度与空间分布对膜性能的影响规律，进一步优化材料体系，并推动其走向实际应用测试。这项研究标志着我国在氢能关键材料基础研究方面取得了重要进展，为降低燃料电池成本、推动绿色氢能产业发展贡献了重要的科学力量。
