质子交换膜水电解（PEMWE）是制取高纯度“绿氢”的核心技术，但其大规模应用受限于阳极析氧反应（OER）的高能耗问题。传统催化剂在酸性环境中面临两大挑战：

1. 高过电位：OER涉及多步质子-电子转移，脱质子过程能垒高；

2. 活性位点失活：酸性电解质中质子浓度过高，导致活性位点被覆盖。
   浙江大学侯越团队联合国际研究组提出创新思路：通过设计共价有机框架（COF）材料构建定向氢键网络，调控催化剂-水界面微环境，从而加速质子传递并稳定反应中间体。

研究要点

1.材料设计
团队合成了一系列具有不同长度乙氧基侧链的乙烯基连接COF（COF-O(n)，其中COF-O(3) 因含最长亲水链（三乙氧基），展现出：

• 超高质子传导率：80℃下达396.8 mS/cm，比传统材料提升近4000倍；

• 卓越酸稳定性：在12 M HCl中浸泡2天结构完好；

• 有序孔道结构：层间距可调（0.31–0.39 nm），为质子传输提供通道。

2.催化机制创新
将COF-O(3)与商用RuO₂复合后，通过原位光谱与理论计算发现：

• 氢键网络定向水分子：COF的乙氧基与反应中间体（*OOH）形成氢键，将界面水分子锁定在“氧朝下”取向；

• 稳定过渡态：该构象使脱质子能垒降低38%（从2.27 eV降至1.65 eV）；

• 抑制钌溶解：COF骨架向RuO₂转移电子，防止活性组分氧化流失。

3.性能突破

• 超低过电位：酸性OER仅需218 mV（10 mA/cm²），比商用RuO₂低87 mV；

• 工业级电解性能：PEMWE器件在1.54 V电压下实现1 A/cm²电流密度，能耗低至41 kWh/kgH₂；

• 创纪录稳定性：200 mA/cm²工业电流下连续运行>180小时，钌溶出率降低67%。