阴离子交换膜燃料电池（AEMFCs）作为一种下一代燃料电池技术受到了广泛研究，其碱性电极环境能够加速氧还原反应（ORR）动力学，并使非贵金属催化剂得以应用[1,2]。在过去的二十年里，研究主要集中在提高碳氢基阴离子交换膜（AEMs）[[[3], [4], [5], [6]]和电极催化剂[[[7], [8], [9]]的性能和化学稳定性上，取得了显著进展。尽管如此，AEMFCs仍然面临效率方面的挑战。尽管催化剂层（CLs）同时承载了ORR和氢氧化反应（HOR）过程，并对燃料电池的效率和耐久性起着决定性作用[10]，但人们对离子体（催化剂粘结剂）与催化剂之间的相互作用关注较少。
与商业化质子交换膜燃料电池（PEMFCs）中广泛使用的全氟磺酸（PFSA）基离子体相比，碳氢基离子体由于具有更好的环境友好性和高温应用潜力，在AEMFCs中得到了更广泛的应用[11,12]。然而，其主链中的苯基容易吸附在催化剂上，从而降低燃料电池的性能和耐久性[[[13], [14], [15]]。为了解决这个问题，Kim等人通过DFT计算发现，旋转能垒较低的苯环对催化剂的吸附能量更大[13]。同时，他们开发了一种基于季铵化聚（芴烯烷基）的催化剂粘结剂（FLN-55），其中不可旋转的芴骨架实现了最佳性能，在AEMFC中达到了1.46 W cm⁻²的峰值功率密度[16]。吴等人进一步发现，离子体骨架的cis-trans构象变化直接调节了催化剂在CLs中的吸附效率[17]。这些研究表明，离子体结构对催化剂在CLs中的活性有重要影响。此外，不应忽视离子体与催化剂之间的相互作用对CLs形态形成的调控作用。在催化剂油墨中，负载Pt的碳颗粒与离子体聚集形成初级聚集体，沉积到CLs的阳极和阴极后，这些聚集体进一步组装成更大的结构单元，构建出分层的CL结构[18]。这种分层结构直接调节了膜电极内的质量传输（例如氧/水）并调控了催化剂的利用率[19,20]。
与AEMFCs相关研究的相对匮乏相比，成熟的商业化PEMFCs领域在开发离子体及其对CL结构和三相界面的影响方面投入了大量努力[[[21], [22], [23], [24]]。这些广泛的PEMFC研究促进了各种聚合物粘结剂（如Nafion®和Aquivion®）的商业化，这些粘结剂具有不同的当量重量（EW）和侧链长度。研究表明，离子体在溶剂中的自聚集行为及其与催化剂的共组装决定了CL的孔结构、离子体覆盖率和三相界面分布。实际上，聚合物侧链对粘结剂的自组装和聚集行为有重要影响[25,26]。例如，Yan等人[27]通过调节聚苯氧（PPO）骨架上的柔性间隔单元和末端烷基团的范德华力和静电排斥作用，有效抑制了催化剂颗粒的聚集，从而提高了催化活性。
在这项工作中，系统地调节了基于聚（芴烯烷基）离子体的阳离子头部基团与聚合物骨架之间的烷基间隔长度，以阐明侧链结构如何控制催化剂油墨中Pt/C的聚集动态，进而决定CLs的自组装。建立的形态-性能关系表明，离子体-催化剂界面相互作用主导了CL的结构演变，从而决定了燃料电池的性能。
