項目類別：自然科學基金
參與人員：李云琦
起止日期：2017.1-2020.12
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磺酸基聚合物質子交換膜主要用于燃料電池和電解水制氫，是高效能、綠色環保化學能-電能轉換技術的核心部件。尋求高質子傳導率、降低制膜成本是當前的研究重點，其核心在于明確質子交換膜的特征結構、結構形成機制以及結構與質子傳導性能關系，通過微觀結構控制實現膜性能提升。利用理論計算、分子模擬、大數據和小角散射的多層次手段，梳理出當前商業化和前沿報道的磺酸基聚合物質子交換膜的特征結構；研究相分離和選擇性溶劑作用下具有不同化學結構的含磺酸基嵌段高分子的自組裝行為，闡述特征結構形成的熱力學和動力學機制；在特定的性能測試和應用環境中，研究濃差場驅動下的質子傳導行為，結合膜組分的物理化學特性參量、制備工藝的量化參數，建立針對膜質子傳導性能的隱式和顯示預測模型。通過這三方面的研究，構建物理機制清晰、普適性可靠的計算機輔助決策方案，為開發高性能聚合物質子交換膜提供穩健的理論支持和切實的成分工藝指導。