鉑基納米材料被認為是質子交換膜燃料電池(PEMFC)最有效的催化劑。在旋轉圓盤電極(RDE)中，所有基于鉑的納米顆粒都浸泡在液體電解質中，可以通過水合質子和電解質傳輸?shù)娜芙庋跖c溶液完全接觸；對于膜電極(MEA)，質子輸運發(fā)生在覆蓋催化劑表面的全氟磺酸(PFSA)離聚體層(例如Nafion)上，并且氣體O₂逐漸滲透通過覆蓋的離聚體層(<10 nm厚)到達Pt表面。

磺酸基團在Pt表面的強烈吸附限制了Nafion離聚體的側鏈親水作用，從而降低了離聚體的微相分離，導致質量傳輸阻力進一步增加。此外，磺酸鹽基團可以嚴重毒害鉑位點，并顯著降低鉑的質量活性。因此，消除離聚體層對鉑的有害影響，以徹底釋放鉑在MEA中的性能是一個很大的挑戰(zhàn)。

基于此，重慶大學魏子棟、陳四國和中石化石油化工科學研究院郭琳等報道了一種阻斷策略，用環(huán)己醇精確封閉Nafion的磺酸基團以提高Pt在MEA中的催化性能。

具體而言，環(huán)己醇的羥基氧通過配位作用與離聚體的磺酸氫連接，成功地將磺酸基從鉑表面分離出來，釋放出更多的鉑活性中心；同時，環(huán)己醇的羥基氫被激活，在不失去磺酸基團質子傳遞能力的情況下增加了質子傳遞通道；

此外，具有椅型或船型構象的環(huán)己醇也嵌入離聚體鏈中，創(chuàng)造了一個非接觸性的鉑/離聚體空間，并促進了催化劑層中氧氣的滲透。

基于上述改進，在環(huán)己醇催化劑層中，Pt表面的磺酸基團覆蓋率降低到7%，遠低于僅使用Nafion離聚體的催化劑層(21%)。在燃料電池實驗中，與單獨使用Nafion離聚體的MEA相比，用環(huán)己醇制備的MEA在動力學區(qū)域表現(xiàn)出明顯的性能提高，并且表現(xiàn)出更好的質量輸運性能。

最重要的是，在相應的MEA中，Nafion離聚體中的環(huán)己醇經(jīng)過長期恒電位測試和30000個循環(huán)后顯示出優(yōu)異的穩(wěn)定性。綜上，該項工作表明封閉策略是釋放鉑催化活性和改善催化劑層傳質性能的一種有效的方法。

Blocking the Sulfonate Group in Nafion to Unlock Platinum’s Activity in Membrane Electrode Assemblies. Nature Catalysis, 2023. DOI: 10.1038/s41929-023-00949-w