新闻网讯 近日，中欧能源学院中方导师、能源学院涂正凯教授、李松副教授团队与光电信息学院熊伟教授团队在质子交换膜电解水制氢领域取得重要进展，研究成果以“Laser Co-Patterning Redefines Interface Engineering for High-Efficiency and Durable Water Electrolysis”为题，于4月12日在线发表于Advanced Energy Material。该研究提出了一种激光共图案化策略，首次在同一电解池中同时图案化GDL-CL和PEM-CL两个界面，并结合酸化处理恢复并增强PEM的质子传导能力，旨在构建跨界面的连续传质通道，实现高效、耐久的水电解性能突破。
质子交换膜水电解技术因其效率高、响应快、与可再生能源兼容性强等优势，被视为绿色制氢的核心路径之一。然而，其大规模应用仍受制于效率和耐久性两大关键瓶颈。在电解池中，膜电极组件由质子交换膜（PEM）、催化层（CL）及气体扩散层（GDL）构成，水、质子、电子和气体需在气体扩散层与催化层（GDL-CL）和质子交换膜与催化剂（PEM-CL）两个关键界面高效传输。传统研究多聚焦于单一界面的优化，主要通过纳米图案化改善GDL表面结构或调控PEM表面形貌，却忽视了跨界面质量传输路径的连续性问题。近年来，激光图案化技术因其高精度、高效率、可控性强等优势，被广泛用于电极与膜材料的表面工程。已有研究尝试通过激光在钛毡GDL上加工微孔或微通道，或在PEM表面构建微结构，以增强催化层附着力和反应面积。然而，这些工作大多只针对单一界面，且存在性能提升有限、传质能力下降甚至氧化层增厚等问题。尤其值得注意的是，激光加工往往导致PEM表面亲水基团减少，反而不利于质子传导，这一问题尚未得到有效解决。
该篇发表在Advanced Energy Materials（2026，0：e70947）上的论文开发了质子交换膜电解水制氢（PEMEC）的集成设计策略，通过高精度激光加工对气体扩散层（GDL）-催化层（CL）和质子交换膜（PEM）-催化层（CL）界面结构进行调控，建立了贯穿膜电极组件的连续传质通道，显著提升了电解水制氢效率和耐久性。研究发现GDL上的微纳图案结构能够促进气体和水分子的传质性能，PEM表面微纳激光结构结合酸处理能够显著改善膜内部水通道的连接性，并增强了PEM-CL界面的质子传输效率。基于激光加工的GDL和PEM组装的电解池，在3 A/cm2下实现了1.90 V的低电压，相比未处理单电池电压下降了37.09%，电解效率提高了28.94%。在1000小时的耐久性测试中，电压衰减速率仅为6.15 μV/h，相比未处理单电池提高了一个数量级。这项研究通过在PEMEC内部构建连续传质通道阐明了一种变革性设计策略。
中欧能源学院硕士生陈龙、能源学院博士生沈冬臣及光电国家研究中心博士生李宗璟为共同第一作者，该研究与法国PSL Christian Beauger教授合作完成。
论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.70947
