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阴离子交换膜（AEMs）的耐碱稳定性，以及膜内OH⁻的高速传递对电化学过程（如电解水制氢、燃料电池、二氧化碳电还原）具有重要意义。本文设计了一类新型无杂原子的刚性分子（HFMs），制备出新型共聚合物，主链上的HFMs在膜内形成亚纳米级OH⁻离子传递通道。与市售AEMs相比，刚性微孔HFMs结构能够显著增强OH⁻/H₂O迁移速率，其自扩散系数提升150%；在80°C时电导率达到215 mS cm⁻¹，领先于大多数AEMs。由于刚性碳-碳共价键自身耐碱，阴离子交换膜稳定性提高；在80°C，1M的氢氧化钾中浸渍4000小时，膜性能无明显衰减。将HFM-AEMs用于电解水制氢过程，电流密度达到（2A cm^-2@1.8V）下，稳定运行超过3000小时，氢气纯度99.99%，表明在新型电化学装置中的巨大应用潜力。

背景介绍

在阴离子交换膜（AEMs）中构建连续亲水传输通道，对于实现离子的快速迁移，以及提升电导率至关重要，应用于电化学过程中，可显著降低能耗。传统AEMs通常采用疏水性柔性主链与亲水性阳离子基团通过自组装形成离子通道。然而，通过自组装所形成的亲疏水区域分布不均、传递通道连续性较差，且难以保持电导率和尺寸稳定性均衡。近年来，人们聚焦设计含有微孔结构的AEMs，其具体策略包括通过引入刚性扭曲结构，使得聚合物主链松散堆叠（如PIMs），或通过高度有序交联网络，构建共价有机框架（COFs）等，显著促进OH^-传递速率。然而，该类策略多依赖于特定成键形式（如亚胺键或醚键），在强碱性环境中易发生降解，导致结构崩塌和电导率下降，从而限制了其在电化学过程中实际应用。

本文亮点

（1）设计出新型无杂原子的刚性分子（HFMs），并将HFMs的引入主链，制备出新型共聚合物。提高AEMs中 OH⁻/H₂O 的扩散速率，其扩散系数最高达到1.01×10⁻⁹ m² s⁻¹，较商业化AEMs提高了150%以上，并在80°C下实现了215 mS cm⁻¹ 的电导率；

（2）无杂原子的刚性分子碳-碳共价键自身耐碱，所制备的AEMs在强碱中浸泡4000小时，未出现明显降解，其结构半衰期较常见微孔分子提升约4个数量级，用于AEM电解水制氢过程，稳定运行超过3000小时，氢气纯度99.99%。

总结与展望

设计出一类无杂原子的刚性分子（HFMs），引入高分子主链后得到新型共聚物，进一步制成阴离子交换膜。由于膜中存在刚性、扭曲、无杂原子的微孔结构（HFMs）形成传递通道，提高OH^-/H₂O自扩散系数，实现OH^-高速传递和高电导率。该HFMs的碳-碳共价键耐碱性强，用于AEM电解水制氢过程，电流密度达到（2A cm^-2@1.8V），稳定运行超过3000小时，氢气纯度99.99%。该研究成果促进碱性环境中的电化学能源转化与化学品制备技术进步。