質子交換膜水電解（PEMWE）裝置中陽極催化劑層（ACL）是由隨機分布的離聚物和催化劑組成。為了研究離聚物分布對 PEMWE 性能和耐用性的影響，作者采用多涂層方法制備了兩種具有不同離聚物分布的 ACL，離聚物梯度分布的催化劑層GID-ACL（在 PTL/ACL 界面5%離聚物，在 PEM/ACL 界面20%離聚物）以及離聚物反梯度分布的催化劑層IGID-ACL（PTL/ACL 和 PEM/ACL 界面上分別使用了20%離聚物和5%離聚物），如圖 1 所示。作者利用布魯克原子力顯微鏡技術PF-QNM對樣品的形貌與粘附力同步測試，利用催化劑與離聚物粘附力的不同來區分二者，如圖1所示，粘附力通道中亮的區域說明對探針粘附力較大，對應于離聚物，暗的區域說明對探針的粘附力較小，對應于催化劑，通過對粘附力成像可定量分析離聚物與催化劑分布。進一步作者在 2.0 A/cm²和 80 ℃下對兩種ACL進行了耐久性測試，結果表明，與GID-ACL 相比，IGID-ACL 明顯觀察到電池電壓的快速持續增長，最終電壓增長速度是接近 GID-ACL 的三倍。梯度離聚物分布的ACL層在PEM/ACL界面處富集離聚物可促進質子傳輸，而PTL/ACL界面處可促進電子、氣體、水的傳輸，進而提升PEMWE的性能與穩定性。

多層涂敷實現梯度分布工藝復雜，不易于商業化，作者進一步地研究了催化劑油墨的物性，通過添加不同的溶劑來改變催化劑油墨中顆粒的微觀動力學特性，上層富含離聚物而在下層少離聚物的分層的催化劑油墨，可一步涂敷得到梯度分布的ACL。利用粘附力圖也可證實上述設計，如圖2所示，離聚物在催化劑層橫截面中呈梯度分布，在PEM/ACL 界面離聚物較多，而在ACL/PEM界面離聚物較少，而無特殊設計的ACL離聚物分布呈隨機分布。

進一步作者對PEMWE性能衰減機制進行分析，所有 ACL 最初都表現出相對較高的衰減率，但隨著時間的推移逐漸趨于穩定。為了更好地了解這一過程，作者進行了干/濕高溫循環，以研究 ACL中離聚物的遷移。如圖3所示，3圈循環后發生了明顯的離聚物遷移，而7圈循環后與3圈循環結果類似。ACL的衰減率趨勢與 ACL 結構的微觀變化相似，在初期階段更為明顯，隨著循環次數的增加而逐漸減弱。因此，可認為最初的快速降解是由于離聚物的膨脹、蠕變和遷移造成的，而隨著工作時間的延長，由于 ACL結構的穩定，降解逐漸趨于穩定。

本研究利用布魯克原子力顯微鏡技術PF-QNM對PEMWE中的陽極催化劑層（ACL）中離聚物的分布進行了量化分析，揭示了離聚物動態變化所導致的 PEMWE 退化機制，且通過優化催化劑油墨可一步實現ACL中的離聚物梯度分布，極大地提高了PEMWE的穩定性。該研究為 ACL 的微觀結構提供了設計原則，加快 PEMWE 在能源應用領域的商業化進程。

布魯克原子力顯微鏡擁有一系列基于峰值力成像（PF-tapping:可控的極小的力，克服樣品粘性、脆性等，可獲得樣品彈性模量信息）的高級模式，如定量納米力學測量模式（PF-QNM）以及電學測量模式（PF-TUNA，PF-KPFM），可對樣品進行多參量同步測試以更深入理解樣品，如利用PT-TUNA技術來檢測CCL中催化劑與離聚物的分布(J. Power Sources, 2022, 540, 231638)。