与碱性电解水制氢和质子交换膜电解水制氢相比，具有零间隙结构和低成本组件的阴离子交换膜电解水制氢（AEM-WE）已成为未来氢经济最有前途的技术之一。阴离子交换膜（AEM）是 AEM-WE 的重要组成部分，其良好的机械性能、低尺寸膨胀、高离子电导率和优异的化学稳定性，是AEM-WE迫切需要的。

近日，西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心孙立成院士团队报道了一种用于高性能电解水制氢的支化型聚芳基奎宁（PAQ-x）的稳定阴离子交换膜（AEM），为AEM的创新开发提供更多可能性，并加速了阴离子交换膜水电解槽（AEM-WE）的产业化进程。

该工作首先从研究最广泛的聚芳基哌啶（PAP）模型分子降解机理进行分析，其有三种降解途径（图 1a），包括甲基的亲核取代（S_N2）、亚甲基的 S_N2和β-H的霍夫曼消去（E2）。而具有刚性笼状环的双环季铵-奎宁铵（Qui）因其环应变小、构象受限，限制了E2反应的发生（图1b）。以此为指导，通过超酸催化反应构建了含有奎宁环和无醚主链的聚芳基奎宁聚合物（PAQ）。引入三苯基苯作为支化单元，改善了聚合物的综合性能，得到不同支化度的PAQ-x阴离子交换膜（图1c）。

将综合性能优异的PAQ-5阴离子交换膜用于AEM-WE，同样展现出高的电化学性能和长时间的器件稳定性（图2）。特别地，作者在无贵金属催化剂（non-PGM）的AEM-WE中展现出高的电化学性能，在2.0 V和80 ºC条件下电流密度可以达到8 A cm^-2；同时该non-PGM的AEM-WE在梯度恒电流极限测试下可稳定运行超2400小时，在已报道的工作中处于领先地位。

在该工作中，作者通过加速老化实验和理论计算相结合的方法证实了奎宁环结构的稳定性，并通过引入三苯基苯制备了一系列支化型聚芳基奎宁（PAQ-x）AEM。这类AEM表现出极佳的AEM-WE性能和出色的稳定性。作为一种新兴的、结构稳定的AEM，PAQ-5的性能和耐用性可与已开发成熟的PAP系列AEM相媲美。非贵金属基的AEM-WE展现出的高性能有望大幅度降低制氢成本，可望推动电解水制氢技术的革新。