復旦孔彪團隊Nature子刊展示綠色能源轉化與化學測量新方法

01【導讀】

圍繞實現碳中和的發展目標，預計未來綠色能源將逐漸取代化石燃料。氫能被廣泛認為是終極綠色能源，其獲取依賴于其他能源的轉換，在自然界中，海水和淡水之間蘊藏著大量滲透能。因此，可再生滲透能是轉化為氫能的理想前體能源。不同類型能源之間的相互轉換則依賴于其共有的傳輸介質，而滲透能到氫能的實際轉換受到兩種不同信號傳輸介質（離子和電子）的限制。

02【成果掠影】

近日，復旦大學孔彪團隊展示了一種綠色能源轉化與化學測量新方法。該團隊成功設計并實現了集成離子和電子傳輸介質的綠色能源轉化系統，可以高效地將海水/淡水界面處的滲透能轉化為氫能。室溫下，該綠色能源轉化系統通過離子交換膜和電催化電極的協同作用，實現了離子傳輸和電子轉移在單一電路內的集成傳輸，這種信號的集成特性可以打破不同能源之間的轉化壁壘，同時極大地提升器件的能源轉換效率。相關研究成果以“Efficient osmosis-powered production of green hydrogen”為題發表在 Nature Sustainability上。

03【數據概況】

圖1.綠色能源轉化系統的超組裝制備流程

圖2. 離子交換膜和催化電極材料的表征

圖3. 綠色能源轉換系統的性能評估

04【成果啟示】

總之，本工作展示了一種綠色能源轉化與化學測量新方法。開發了由高性能離子交換膜和電催化電極超組裝構建的滲透能/氫能的綠色能源轉化系統，可以在海水和淡水界面上進行滲透能綠色制氫，同時建立綠色電化學測量新方法對能源轉換系統的性能進行了詳細評估。該系統在室溫下工作時，滲透供電端口的最大輸出功率是目前商用器件的近6倍。同時，系統產氫端口電極的堿性析氫質量活性比同類產品高約51倍。與商用電催化水分解裝置相比，該綠色能源轉化系統每生產一公斤氫氣可節省約40 kWh的電能消耗，并減少約26 kg的二氧化碳排放量。該研究有望推動滲透能制氫的實際應用，為可再生能源制氫及減少碳足跡提供一條可行的途徑。

文獻鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41893-024-01317-7