质子交换膜广泛应用于新能源技术领域，作为燃料电池、液流电池、电解水制氢等能源设备的关键部件，发挥着传输质子、阻隔电子等重要作用。目前，以Nafion系列膜为代表的全氟磺酸膜展现了优异的质子导电性和稳定性，是应用最广泛的商用质子交换膜。然而，Nafion膜离子相区的尺寸为3~5nm，远大于氢分子（0.2 nm）和水合钒离子（0.6 nm）等常见反应物，导致Nafion膜在燃料电池中的氢气渗透以及全钒液流电池中的钒交叉渗透等问题，限制了Nafion膜的实际应用。

为了提高Nafion膜的质子传导选择性，有必要对其进行适当的修饰改性。然而，Nafion独特的化学结构和微相结构给改性带来了挑战，原因如下：第一，Nafion的分子结构稳定，其主侧链的C-F健能量高，难以通过共价反应改变其分子结构；第二，Nafion的含氟基团与其他组分的相容性差，导致外部添加剂难以通过杂化或复合的方式引入Nafion基体；第三，Nafion膜离子相区的连续性在改性过程中易被破坏，进而造成质子电导率下降。因此，发展适用于Nafion膜的改性新策略，具有重要的基础研究意义及产业应用前景。

近日，吉林大学李昊龙教授课题组发展了一种以氟烷链接枝的多酸纳米团簇（POMs）作为超分子添加剂对Nafion膜进行杂化改性的策略。这种杂化策略保持了Nafion离子相区原有的微相结构，并有效提高了Nafion膜的质子传导性和选择性。

氟烷链接枝的POMs可以与Nafion共组装成膜，其有机和无机组分均可与Nafion的不同基团发生特定超分子作用，起到协同改性的效果。首先，其氟烷链插入到Nafion的全氟基体中，起到锚定固载POMs的作用；同时，其无机簇部分保留在Nafion的离子相区中，并与磺酸基团通过分子间氢键协同传导质子。由于POMs提供了连续的质子跳跃位点和纳米尺度的空间位阻，使得杂化膜的质子电导率和质子选择性同时得到提升：质子电导率达到294 ms cm^-1，渗氢电流密度低至1.7 mA cm^-2，质子/钒离子选择性为12.8×10⁴ S min cm^-3。基于杂化膜的燃料电池和全钒液流电池分别表现出了显著提升的功率密度和能量效率。此外，作者结合多种表征技术及计算机模拟手段深入探究了改性机理。

该工作为精确修饰Nafion的离子相区提供了可行策略，有效解决了Nafion膜的质子传导性与选择性难以兼顾的矛盾，展现了超分子改性理念在提升聚合物电解质膜综合性能方面的独特优势。该改性策略有望推动Nafion膜在能源技术领域的产业应用。