图 布朗斯特酸–路易斯碱界面加速质子迁移

　　在国家自然科学基金项目（批准号：22521101、22575023、22171022、22305018、223B2902、22305016）等资助下，北京理工大学王博教授团队在质子交换膜燃料电池领域取得进展。研究成果以“开放框架构筑的布朗斯特酸–路易斯碱界面促进燃料电池质子传输（Open framework–based Brønsted acid–Lewis base interfaces boost proton transfer in the fuel cells）”为题，于2026年9月10日在线发表于《科学》（Science），论文链接：https://doi.org/10.1126/science.adp3564。

　　能源分子的催化转化反应通常伴随多组分、跨尺度物质传递，其传输竞争以及传质与界面反应的时空失配，直接制约催化活性、选择性和稳定性。例如，质子交换膜燃料电池催化层中存在氧气、水和质子的耦合输运困难及质子传输受限等问题。如何借鉴生命体系中功能位点的精确排布、限域通道和动态分子网络的有序设计，实现高效多物质协同输运，是该领域亟待解决的关键问题。

　　研究团队针对上述挑战，受生物质子泵酸–碱协同质子传递机制启发，将有机开放框架与全氟磺酸树脂相结合，构筑系列复合离聚体（ionomer），在催化剂表面形成“布朗斯特酸–路易斯碱”协同界面。该界面通过酸性、碱性位点和水分子的协同作用，形成多步质子接力通道，有效降低质子传递能垒；同时通过削弱氢键作用加速水网络的重构，促进质子的连续跃迁。相比传统离聚体，复合体系的质子自扩散系数提高约12倍，质子电导率提升约6.5倍，传输活化能降低约55%。将该复合离聚体用于燃料电池催化层，可以大幅提升氧气传导能力的同时，突破基于传统酸性离聚体的质子传输极限，使得燃料电池膜电极在0.7 V工作电压处的功率输出提高约4倍。