复旦孔彪团队Nature子刊展示绿色能源转化与化学测量新方法

01【导读】

围绕实现碳中和的发展目标，预计未来绿色能源将逐渐取代化石燃料。氢能被广泛认为是终极绿色能源，其获取依赖于其他能源的转换，在自然界中，海水和淡水之间蕴藏着大量渗透能。因此，可再生渗透能是转化为氢能的理想前体能源。不同类型能源之间的相互转换则依赖于其共有的传输介质，而渗透能到氢能的实际转换受到两种不同信号传输介质（离子和电子）的限制。

02【成果掠影】

近日，复旦大学孔彪团队展示了一种绿色能源转化与化学测量新方法。该团队成功设计并实现了集成离子和电子传输介质的绿色能源转化系统，可以高效地将海水/淡水界面处的渗透能转化为氢能。室温下，该绿色能源转化系统通过离子交换膜和电催化电极的协同作用，实现了离子传输和电子转移在单一电路内的集成传输，这种信号的集成特性可以打破不同能源之间的转化壁垒，同时极大地提升器件的能源转换效率。相关研究成果以“Efficient osmosis-powered production of green hydrogen”为题发表在 Nature Sustainability上。

03【数据概况】

图1.绿色能源转化系统的超组装制备流程

图2. 离子交换膜和催化电极材料的表征

图3. 绿色能源转换系统的性能评估

04【成果启示】

总之，本工作展示了一种绿色能源转化与化学测量新方法。开发了由高性能离子交换膜和电催化电极超组装构建的渗透能/氢能的绿色能源转化系统，可以在海水和淡水界面上进行渗透能绿色制氢，同时建立绿色电化学测量新方法对能源转换系统的性能进行了详细评估。该系统在室温下工作时，渗透供电端口的最大输出功率是目前商用器件的近6倍。同时，系统产氢端口电极的碱性析氢质量活性比同类产品高约51倍。与商用电催化水分解装置相比，该绿色能源转化系统每生产一公斤氢气可节省约40 kWh的电能消耗，并减少约26 kg的二氧化碳排放量。该研究有望推动渗透能制氢的实际应用，为可再生能源制氢及减少碳足迹提供一条可行的途径。

文献链接：

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