四川
第一作者：Qirui Liang
通讯作者：孔彪研究员
通讯单位：复旦大学
DOI: https://doi.org/10.1038/s41893-024-01317-7.
研究背景
氢气（H2）生产严重依赖化石燃料，导致大量温室气体的排放，并对可持续性发展构成挑战。其中，电催化水分解具有生产灵活、环境友好和生产高纯度H2的能力，是一种很有前途的制氢技术。然而，该技术的耗电量仍然很高，大部分电力供应依赖于广泛燃烧化石燃料的火力发电。在可再生能源中，渗透能是一种可再生能源，其输出具有可预测性和稳定性，同时不产生废弃物或CO2排放，并且独立于天气条件运行。海水和淡水界面的渗透能估计为0.8 kWh m-3，全球总渗透能可达30太瓦。因此，渗透能是一种理想的可再生制氢能源。基于此，复旦大学孔彪研究员等人报道了利用海水和淡水之间的渗透能直接产生H2，该研究为利用可再生资源制氢提供了一条可行的途径。
文章要点
1、在本文中，作者设计了一种由高性能离子交换膜和电催化电极串联而成的渗透动力制氢装置。渗透动力港口位于河口发电，而制氢放置在碱性电解质中，实现连续高效的制氢。需注意，该设备消除了对笨重的储电单元的需求，简化了通过渗透能生产氢气的过程，同时确保了安全性和稳定性。
2、当暴露在海水/淡水梯度下时，单离子交换膜通过渗透能量收集在室温下的峰值输出功率为28.3 W m-2，超过工业基准（5 W m-2）近6倍。在50 mV过电位下，电催化电极的质量活性为1.24 A mg-1Pd，是市面上同类产品的51倍。经过测试的微型集成装置证实，在最佳实验室条件下，它能够以超过300 l m-2 h-1的速率持续产氢超过12天。本工作为利用可再生渗透能源生产H2开辟了一条新途径，并可能为碳中和的未来做出贡献。
图文展示
图1.渗透发电一体化装置的超级组装
图2.杂化膜和电极的表征
图3.杂化膜的离子传输和渗透能转换
图4.混合电极和集成器件的性能
图5.离子传输机制、Pd原子组装的调节和集成器件的运行
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