天津大学汪怀远教授团队：从结晶度到自由体积—重新定义聚合物氢气阻隔机制

背景：随着氢能技术的发展，开发高效阻氢材料成为缓解储氢容器及管道中氢扩散引发材料损伤与失效的关键。然而，现有聚合物阻氢材料普遍存在自由体积较高、链段运动较强及高压环境下稳定性不足等问题。研究目的：天津大学汪怀远教授团队旨在通过一种简便且可规模化的制备策略，开发具有优异氢气阻隔性能的聚乙烯醇（PVA）/交联剂P复合薄膜，并深入探究其阻氢机制。结论：研究成功制备了PVA-20P复合薄膜，其氢气透过率（H2 GTR）低至0.518 cm3/(m2·24 h·0.1 MPa)，较纯PVA降低约75.5%，并在4 MPa高压氢环境中保持稳定。通过实验与模拟结合，首次明确“自由体积分数（FFV）控制”而非结晶度是阻氢性能的主导因素，P的引入通过氢键、磷酸酯键等协同作用构建致密交联网络，显著抑制链段运动与气体渗透路径。该薄膜兼具优异的力学性能和多气体阻隔能力，展现出良好的工程应用潜力。