近日，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員周小春、崔義，大連理工大學教授宋玉江等在ACS Nano上發表了高比表面積、納米尺寸有序Nafion陣列提高燃料電池性能、降低Pt催化劑載量的研究。相較于已經報道的制備方法，該工作創新地通過Nafion乳液溶劑、Nafion陣列熱退火溫度，以及Nafion陣列剝離方式三個方面的研究實現了納米尺寸有序Nafion陣列的制備（圖2）。

        研究人員使用DMSO作為Nafion乳液溶劑，并在140℃下進行熱退火處理，顯著提高了納米尺寸有序Nafion陣列的機械強度，其機械強度高達17.5 MPa，并高于商業Nafion 212的11.9 MPa。進一步，邊緣刻蝕的方式避免了納米尺寸有序Nafion陣列剝離過程中大量氫氣的產生與聚集，以及較高氫氣壓力對于Nafion陣列的破壞和Nafion膜的穿孔。該研究成功制備了高機械強度、形貌完好的納米尺寸有序Nafion陣列（圖3）。

       成功制備的納米尺寸有序Nafion陣列的直徑僅為40 nm（D40），密度高達2.7×10¹⁰柱/cm²，遠高于文獻中已經報道的Nafion陣列的密度。高密度的Nafion陣列提供了豐富的質子傳遞通道，有利于催化層內質子傳遞阻力的降低。其次，比表面積高達51.5 cm²/cm²，為催化劑的負載提供了較大的比表面積，有利于催化劑利用率的提高（圖4）。

        此外，納米尺寸有序Nafion陣列的尺寸優勢在燃料電池上得到了很好的證明。有序Nafion陣列作為陽極一側時，相較于尺寸更大的D400（400 nm）、D100（100nm），D40峰值功率密度最高，高達1.47 W/cm²（圖5），與此同時，催化劑載量僅為17.6 μgPt/cm²。此外，D40用于陰極一側，在61.0 μgPt /cm²的載量下，峰值功率密度可以達到1.29 W/cm²。與已經報道的文獻相比，納米尺寸有序Nafion陣列無論應用于陽極一側還是陰極一側，均能夠在較低的催化劑載量下獲得較高的峰值功率密度。此外，該工作還為電解水和電合成催化層的合理設計提供指導。

       相關研究工作得到國家重點研發計劃、中國博士后基金、蘇州市碳達峰碳中和科技支撐重點專項等項目資助。

       中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所（簡稱中科院蘇州納米所）成立于2006年，由中國科學院與江蘇省人民政府、蘇州市人民政府和蘇州工業園區共同出資創建，位于蘇州工業園區獨墅湖科教創新區內。中科院蘇州納米所根據中國科學院調整科技布局的規劃，面向國際科技前沿、國家戰略需求與未來產業發展，開展相關領域基礎性、戰略性、前瞻性研究。建設公共技術平臺，為中國現代制造業與高新技術產業發展不斷提供新的知識與技術，發揮國家研究機構的骨干與引領作用。