近日，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所研究員尹華杰團(tuán)隊(duì)，在光熱空氣集水自驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)綠色氫能研究方面取得進(jìn)展。

質(zhì)子交換膜電解水技術(shù)是生產(chǎn)綠氫的主要技術(shù)路線之一，因高效率和高純度氫氣輸出而備受關(guān)注。但是，質(zhì)子交換膜電解水過(guò)程依賴高純水為反應(yīng)原料，限制其應(yīng)用。空氣集水作為獲取純凈水的新途徑，有望為綠氫生產(chǎn)過(guò)程中的水源短缺問(wèn)題提供解決方案。

研究人員提出光熱空氣集水-質(zhì)子交換膜電解自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以有序多級(jí)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(dòng)電解過(guò)程。吸附劑的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)通過(guò)模板法與高溫煅燒構(gòu)建，再通過(guò)表面氧化增強(qiáng)親水性。研究顯示，在40%相對(duì)濕度下，可實(shí)現(xiàn)0.49升/千克吸附劑/小時(shí)的吸水量，即便在20%相對(duì)濕度的干旱環(huán)境中，仍能夠保持穩(wěn)定的吸濕與光熱蒸發(fā)性能。在室內(nèi)模擬條件下，該系統(tǒng)在1.65V恒電壓下工作時(shí)，綠氫生產(chǎn)速率可達(dá)295.5毫升/小時(shí)，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性。野外環(huán)境測(cè)試結(jié)果顯示，該系統(tǒng)無(wú)需外部加熱或額外能量輸入，實(shí)現(xiàn)了全太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)、零碳排放的綠色制氫。

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基于有序多孔碳的空氣集水-質(zhì)子交換膜電解水自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

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（a）吸附劑在不同相對(duì)濕度下的空氣集水性能；（b）室內(nèi)模擬太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)；（c）野外觀測(cè)實(shí)驗(yàn)

相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。