近期，中國科學院合肥物質院固體所環境與能源納米材料中心尹華杰研究員團隊在光熱空氣集水自驅動生產綠氫領域取得新進展。相關研究成果以“Solar-Driven Atmospheric Water Production Through Hierarchically Ordered Porous Carbon for Self-Sustaining Green Hydrogen Production”為題發表在Advanced Materials(Adv. Mater. 2025,?e11336)。
綠色氫能被認為是實現“碳中和、碳達峰”目標的重要能源形式，其中質子交換膜電解水（PEMWE）因其高效率和高純度氫氣輸出而備受關注。然而，PEMWE過程嚴重依賴高純水作為反應原料，在缺水地區限制了其應用。空氣集水（Atmospheric Water Harvesting,?AWH）作為獲取純凈水的新興途徑，有望解決綠氫生產時水短缺問題。
圖1. 基于有序多孔碳的空氣集水-質子交換膜電解水自驅動系統。
圖2.(a)吸附劑在不同相對濕度下的空氣集水性能；（b）室內模擬太陽光驅動實驗；（c）野外觀測實驗。
基于此，研究人員提出了一種光熱空氣集水-質子交換膜電解自驅動系統（圖1）。該系統以有序多級孔碳為空氣集水吸附劑，與改裝的電解槽耦合，實現空氣集水-光熱蒸發-光驅動電解過程。吸附劑的多級孔結構（微孔-介孔-大孔）通過模板法與高溫煅燒構建，再通過表面氧化增強親水性。在40%相對濕度下實現 0.49升/千克吸附劑/小時的吸水量，同時在20%相對濕度的干旱條件下依然保持穩定吸濕與光熱蒸發性能（圖2a）。在室內40%相對濕度模擬條件下，該系統在1.65V恒電壓工作時，綠氫生產速率可達295.5毫升/小時，系統循環性能優異，能夠長期穩定運行（圖2b）。野外環境測試結果顯示 （圖2c），該系統無需外部加熱或額外能量輸入，真正實現了全太陽能驅動、零碳排放的綠色制氫。
上述研究得到了國家自然科學基金、合肥大科學中心協同創新培育基金的支持。
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