利用光热空气集水实现高效自驱动生产绿氢

近日，中科院合肥物质科学研究院固体物理研究所研究员尹华杰团队，在光热空气集水自驱动生产绿色氢能研究方面取得进展。

质子交换膜电解水技术是生产绿氢的主要技术路线之一，因高效率和高纯度氢气输出而备受关注。但是，质子交换膜电解水过程依赖高纯水为反应原料，限制其应用。空气集水作为获取纯净水的新途径，有望为绿氢生产过程中的水源短缺问题提供解决方案。

研究人员提出光热空气集水-质子交换膜电解自驱动系统，以有序多级孔碳为空气集水吸附剂，与改装的电解槽耦合，实现空气集水-光热蒸发-光驱动电解过程。吸附剂的多级孔结构通过模板法与高温煅烧构建，再通过表面氧化增强亲水性。研究显示，在40%相对湿度下，可实现0.49升/千克吸附剂/小时的吸水量，即便在20%相对湿度的干旱环境中，仍能够保持稳定的吸湿与光热蒸发性能。在室内模拟条件下，该系统在1.65V恒电压下工作时，绿氢生产速率可达295.5毫升/小时，表现出优异的循环稳定性和长期运行可靠性。野外环境测试结果显示，该系统无需外部加热或额外能量输入，实现了全太阳能驱动、零碳排放的绿色制氢。

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基于有序多孔碳的空气集水-质子交换膜电解水自驱动系统

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（a）吸附剂在不同相对湿度下的空气集水性能；（b）室内模拟太阳光驱动实验；（c）野外观测实验

相关研究成果发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到国家自然科学基金等的支持。