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。
$ |0 q; g0 t) D4 J( b0 X" Z: D+ J4 H
9 j+ P# T0 |; r$ }6 G
5 [  a! `( O, `0 V8 S4 }+ q
* e# E; N! _; [+ _7 W" _+ N! G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。


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。

+ A4 r9 p. j: S1 w. j* W4 Y
( Y" `# ?6 e8 Y# }

论文截图 | 参考文献

9 H7 P# `. H2 q; Q! S3 T' L8 {" t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。


# m7 I' {: T5 L4 j3 ]6 j参考文献

6 H" L! M' Y: U$ C( K- e. Y0 ApH-Universal Decoupled Water Electrolysis Enabled by Electrocatalytic Hydrogen Gas Capacitive Chemistry
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.2c00624
" O& x0 B+ N1 a" ?( Z0 u
1 W- q$ G7 h" t) x4 Q, s. ?; {( ?
* D  D6 I& W5 }5 H$ O. Y' J

作者：陈维团队

编辑：靳小明

排版：尹宁流

题图来源：团队供图

# c8 ?. B( b! ~; ?9 \# T
. Q1 {. Y, {: E* _
研究团队


  R# Q# U$ s6 v/ T! Y3 M! G4 j' Z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。


课题组主页http://staff.ustc.edu.cn/~weichen1


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。
) i2 {0 J7 {+ h. b, E2 c
' l9 y4 N; ~5 |1 O8 d% K3 ~4 t# d
! M/ b4 F' N2 r# m论文信息
* g1 r. }; c8 v( I0 A

0 C. H" y6 L7 ~! c7 J+ D+ |发布期刊JACS Au


发布时间 2023年1月24日
" W" i$ e5 m# k/ q- s+ _
& U0 K0 q6 h+ V# u3 \
论文标题 pH-Universal Decoupled Water Electrolysis Enabled by Electrocatalytic Hydrogen Gas Capacitive Chemistry
% _& H3 n* D% N0 F+ q: Z4 v

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

% ^! ~6 s3 r9 `4 K+ D

/ P8 Z7 M' h& |  u9 C5 P+ u6 M
点击阅读原文即可查看原论文