Angew： 有机离子介导静电屏蔽效应以促进无膜电化学制氢耦合磷酸铁锂回收！

电解水分解是可持续氢（H₂）生产的关键技术。然而，传统方法因析氧反应（OER）动力学缓慢以及离子交换膜的限制而面临巨大挑战，凸显了创新方法的必要性。

在此，华东理工大学副校长李春忠、江宏亮等人介绍了一种新颖的无膜电解系统，该系统将氢气生成与废旧磷酸铁锂（LFP）电池的回收协同结合。该系统的核心是2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基（4-HO-TEMPO）的氧化还原循环，它促进了来自LFP的电子转移。为了在没有膜的情况下抑制寄生反应，通过向电解质中添加聚季铵盐-7（PQ-7）来实现一种静电屏蔽机制。

该策略通过静电排斥将氧化还原活性物质从电极表面排斥开，从而有效抑制了其不必要还原，旋转圆盘电极和电化学阻抗谱分析证实了这一点。所提出的系统在100 mA cm⁻²的电流密度下实现了92.4%的卓越氢法拉第效率，并以54.45 mmol L⁻¹ h⁻¹的速率促进锂离子回收。

图1. 界面微环境调控对提升HER的影响

总之，该工作开发了一种无膜电解方法，将制氢与4-HO-TEMPO介导的LFP氧化相结合。在含PQ-7的电解液中，无膜反应器在100 mA cm⁻²下实现了更高的H₂法拉第效率（从48.9%提高到92.4%）和54.45 mmol L⁻¹ h⁻¹的锂回收速率。LFP与4-HO-TEMPO⁺的主体反应导致了4-HO-TEMPO/4-HO-TEMPO⁺的动态平衡，从而促进了HER。

研究人员将阳离子聚电解质PQ-7添加到电解液中以调控电极界面微环境，避免了氧化还原活性分子的交叉。旋转圆盘电极和电化学阻抗谱表明，在负电位范围内吸附的PQ-7通过库仑排斥抑制了4-HO-TEMPO⁺的迁移，从而增强了HER。该工作为电解质改性在界面微环境调控方面提供了见解。该方法可为无膜电化学反应器的设计和废旧LiFePO₄电池的绿色回收提供指导。

图2. 无膜单釜反应器中的HER性能

Organic Ion-Mediated Electrostatic Shielding Facilitates Membrane-Free Electrochemical Hydrogen Production Coupling with LiFePO4 Recycling,Angewandte Chemie International Edition2025 DOI: 10.1002/anie.202515127

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