未来光锥资讯 | 中国科大陈维教授JACS Au：利用电催化型氢气电容解耦全pH水 ...

BLOG宣传大使

目前，全球能源供应仍以化石燃料为主，无法持续满足低碳社会的发展需求。氢气（H2）与化石燃料相比，在能量密度和绿色环保方面具有巨大优势，由可再生能源直接驱动水电解是一种理想的生产方法。
6 l3 I; N( N( V! O& C6 l' \0 n1 L4 B


0 J! N6 G+ i0 x$ A0 w: l通常，传统水电解（CWE）中析氢反应（HER）和析氧反应（OER）同时发生、紧密耦合，不仅提高了分离难度，还有发生爆燃的风险。为了解决上述问题，研究人员在水电解过程中引入了辅助电极，试图让析氢和析氧过程分离。此前的研究对解耦水电解的结构设计，主要集中在多电极（≥3个电极）或多电解槽（≥2个电解槽）方向。这些解耦水电解系统的设计大多操作复杂，在实际生产氢气的过程中存在巨大的限制。
7 }+ Y! b& E: D, t7 x: R8 f

" n; [, W' d7 z& q3 X近日，中国科学技术大学化学与材料科学学院陈维教授课题组在国际期刊JACS Au发表了题为“pH-Universal Decoupled Water Electrolysis Enabled by Electrocatalytic Hydrogen Gas Capacitive Chemistry”的研究论文。该研究提出利用电催化型氢气电容，解耦全pH水电解（all-pH-CDWE），实现有效的H2与O2分离。这一all-pH-CDWE结构仅包含一个电解槽与两个电极，即碳电容型电极和电催化型气体（H2和O2）电极。在电催化型气体电极上交替生成的H2和O2，可以在接近100%的电解液利用率下连续循环800个周期以上。该水电解技术有望简便而且经济地大规模生产H2。

6 [0 h. f  C0 [* b" ~
; R  B2 @' l& w- O9 ?% _* g" P

论文截图 | 参考文献

: N9 ^; u/ c  d# a) G; t
: y$ s+ h% z. W: T: r4 Y  w0 F这一新型的all-pH-CDWE两电极、单电解槽解耦水电解结构系统，主要包括低成本的电容型电极，和用于解耦水电解的电催化型气体电极。与传统水电解的电压相比，在电流密度为5 mA cm-2时，酸性pH-CDWE的能量效率为94%，碱性pH-CDWE的能量效率为97%。此外，气相色谱与原位电化学质谱测试进一步证实了产生的H2具有高的纯度。该all-pH-CDWE的结构设计能够规模化并很好地应用于实际的水电解，有利于应用可再生能源大规模的生产H2。

' N. O3 F8 a2 H* U- a  R2 I3 H0 H
参考文献
0 a5 W: L; ~7 @  H5 J
pH-Universal Decoupled Water Electrolysis Enabled by Electrocatalytic Hydrogen Gas Capacitive Chemistry
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.2c00624
4 H7 b' D7 c3 R

4 }' b( f0 Z; y$ Q( ]( r8 w6 k

作者：陈维团队

编辑：靳小明

+ I$ b/ s$ U$ Q& F& S3 i

排版：尹宁流

  l3 w  V- ]: l4 b

题图来源：团队供图

' a( v8 P3 q; _" i' d

1 m3 n1 a* q) y. k# E1 l; U研究团队
9 D. ~' G3 V  n

! A5 [* v- {# i9 l+ V8 C通讯作者 陈维：中国科学技术大学应用化学系特任教授、博士生导师，合肥微尺度物质科学国家研究中心教授。2008年于北京科技大学获材料物理学士学位；2013年于阿卜杜拉国王科技大学获材料科学与工程博士学位；2014-2018年于斯坦福大学从事博士后研究工作；2018-2019年在EEnotech公司担任科学家；2019年7月入职中国科学技术大学，专注于大规模储能电池、电催化等研究。独立建组以来，作为(共同)通讯作者在Chemical Reviews, Nature Communications, JACS, Angewandte Chemie, Advanced Materials, Advanced Energy Materials, Advanced Functional Materials, Nano Letters, ACS Catalysis, eScience, Energy Storage Materials等国际期刊发表学术论文40余篇，论文总被引9000余次，H因子45。研究成果获得美国专利5项，中国发明专利20余项。担任eScience, Nano Research Energy, Energy Materials Advances, Battery Energy, Carbon Energy, Chinese Chemical Letters, Transactions of Tianjin University杂志青年编委，Interdisciplinary Materials杂志学术编委，Catalysts杂志编委。
5 Y6 ^, ?( f8 m/ ?- C

& |! d/ N! R. D  O8 V* p6 M课题组主页http://staff.ustc.edu.cn/~weichen1
7 X4 ~8 y* m" k4 G+ l2 a
6 ~0 ]& X% S) S& Z7 E
$ [+ O5 o! q6 B( G  `: [第一作者 朱正新：中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心博士后。2017年于中国地质大学（武汉）获得工学学士学位，2022年于中国科学技术大学获得理学博士学位。朱正新博士专注于水系可充电氢气电池的开发，以第一作者身份在Chem. Rev.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、JACS Au、Nano Lett.、Adv. Funct. Mater.、Energy Storage Mater.、ACS Appl. Mater. Interfaces等国际期刊发表论文10余篇，论文总被引300余次。

5 t1 m' `, s$ s
% D8 R. _) C. L- i) ~论文信息
/ w5 \# [- [2 M
/ o- c) v5 \5 `: R: i6 }
9 T" D* |5 g) ~. d) K2 j# S& |' r) R发布期刊JACS Au


发布时间 2023年1月24日
# m$ ]/ ^0 F1 l: M$ I0 U* o) @

$ E9 Y! E8 S2 K: ]) Z; s& [- [6 }论文标题 pH-Universal Decoupled Water Electrolysis Enabled by Electrocatalytic Hydrogen Gas Capacitive Chemistry

(DOI：https://doi.org/10.1021/jacsau.2c00624）

; e4 \; B! L/ r! A/ c

  _% l: x( X1 p& j9 D0 Q- c8 v6 b点击阅读原文即可查看原论文