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質子交換膜水電解（PEMWE）是制取高純度“綠氫”的核心技術，但其大規模應用受限于陽極析氧反應（OER）的高能耗問題。傳統催化劑在酸性環境中面臨兩大挑戰：

1. 高過電位：OER涉及多步質子-電子轉移，脫質子過程能壘高；

2. 活性位點失活：酸性電解質中質子濃度過高，導致活性位點被覆蓋。
   浙江大學侯越團隊聯合國際研究組提出創新思路：通過設計共價有機框架（COF）材料構建定向氫鍵網絡，調控催化劑-水界面微環境，從而加速質子傳遞并穩定反應中間體。

研究要點

1.材料設計
團隊合成了一系列具有不同長度乙氧基側鏈的乙烯基連接COF（COF-O(n)，其中COF-O(3) 因含最長親水鏈（三乙氧基），展現出：

• 超高質子傳導率：80℃下達396.8 mS/cm，比傳統材料提升近4000倍；

• 卓越酸穩定性：在12 M HCl中浸泡2天結構完好；

• 有序孔道結構：層間距可調（0.31–0.39 nm），為質子傳輸提供通道。

2.催化機制創新
將COF-O(3)與商用RuO?復合后，通過原位光譜與理論計算發現：

• 氫鍵網絡定向水分子：COF的乙氧基與反應中間體（*OOH）形成氫鍵，將界面水分子鎖定在“氧朝下”取向；

• 穩定過渡態：該構象使脫質子能壘降低38%（從2.27 eV降至1.65 eV）；

• 抑制釕溶解：COF骨架向RuO?轉移電子，防止活性組分氧化流失。

3.性能突破

• 超低過電位：酸性OER僅需218 mV（10 mA/cm²），比商用RuO?低87 mV；

• 工業級電解性能：PEMWE器件在1.54 V電壓下實現1 A/cm²電流密度，能耗低至41 kWh/kgH?；

• 創紀錄穩定性：200 mA/cm²工業電流下連續運行>180小時，釕溶出率降低67%。