綠色氫能被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)“碳中和、碳達(dá)峰”目標(biāo)的重要能源形式。近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體所尹華杰研究員團(tuán)隊(duì)在光熱空氣集水自驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)綠色氫能領(lǐng)域取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Materials 上。

質(zhì)子交換膜電解水（PEMWE）技術(shù)是生產(chǎn)綠氫的主要技術(shù)路線之一，因其高效率和高純度氫氣輸出而備受關(guān)注。然而，PEMWE過程嚴(yán)重依賴高純水作為反應(yīng)原料，在缺水地區(qū)限制了其應(yīng)用。空氣集水（Atmospheric Water Harvesting, AWH）作為獲取純凈水的新興途徑，有望為綠氫生產(chǎn)過程中的水源短缺問題提供可行解決方案。

基于此，研究人員提出了一種光熱空氣集水-質(zhì)子交換膜電解自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（圖1）。該系統(tǒng)以有序多級孔碳為空氣集水吸附劑，與改裝的電解槽耦合，實(shí)現(xiàn)空氣集水-光熱蒸發(fā)-光驅(qū)動(dòng)電解過程。吸附劑的多級孔結(jié)構(gòu)（微孔-介孔-大孔）通過模板法與高溫煅燒構(gòu)建，再通過表面氧化增強(qiáng)親水性。在40%相對濕度下實(shí)現(xiàn)0.49升/千克吸附劑/小時(shí)的吸水量，即便在20%相對濕度的干旱環(huán)境中，仍能保持穩(wěn)定的吸濕與光熱蒸發(fā)性能（圖2a）。在室內(nèi)模擬條件下（40%相對濕度），該系統(tǒng)在1.65V恒電壓下工作時(shí)，綠氫生產(chǎn)速率可達(dá)295.5毫升/小時(shí)，并表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和長期運(yùn)行可靠性（圖2b）。野外環(huán)境測試結(jié)果顯示 （圖2c），該系統(tǒng)無需外部加熱或額外能量輸入，真正實(shí)現(xiàn)了全太陽能驅(qū)動(dòng)、零碳排放的綠色制氫。

上述研究得到了國家自然科學(xué)基金、合肥大科學(xué)中心協(xié)同創(chuàng)新培育基金的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202511336

圖1. 基于有序多孔碳的空氣集水-質(zhì)子交換膜電解水自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

圖2.(a)吸附劑在不同相對濕度下的空氣集水性能；（b）室內(nèi)模擬太陽光驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)；（c）野外觀測實(shí)驗(yàn)。