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中科院團(tuán)隊(duì)利用新材料實(shí)現(xiàn)綠色制氫技術(shù)突破

文章來源：中國石油和化工網(wǎng) 更新時(shí)間：2025-09-15 10:09:08

近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體所環(huán)境與能源納米材料中心尹華杰研究員團(tuán)隊(duì)在光熱空氣集水自驅(qū)動生產(chǎn)綠氫領(lǐng)域取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Solar-Driven Atmospheric Water Production Through Hierarchically Ordered Porous Carbon for Self-Sustaining Green Hydrogen Production”為題發(fā)表在Advanced Materials(Adv. Mater. 2025, e11336)。

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，其中質(zhì)子交換膜電解水（PEMWE）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，有望解決綠氫生產(chǎn)時(shí)水短缺問題。

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)動系統(tǒng)。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，同時(shí)在20%相對濕度的干旱條件下依然保持穩(wěn)定吸濕與光熱蒸發(fā)性能。在室內(nèi)40%相對濕度模擬條件下，該系統(tǒng)在1.65V恒電壓工作時(shí)，綠氫生產(chǎn)速率可達(dá)295.5毫升/小時(shí)，系統(tǒng)循環(huán)性能優(yōu)異，能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行。野外環(huán)境測試結(jié)果顯示，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、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。

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