近期，《自然•通讯》 (Nature Communications) 在线发表了我院晏宁教授课题组无电解质隔膜流动电解池在大电流密度下电催化水分解方面取得的最新成果。论文题为“A membrane-free flow electrolyzer operating at high current density using earth-abundant catalysts for water splitting”（《使用地球丰量元素作为催化剂的无电解质隔膜流动电解池实现了大电流下的水分解》）。该研究工作第一署名单位为武汉大学物理科学与技术学院，晏宁教授为通讯作者，我院2020级博士生严小雨为第一作者。这项工作的作者还包括我院2020级博士生曹晓娟、2019级硕士生赵凯、2020级硕士生吴晓育、2018级本科生赵阳、 阿姆斯特丹大学Gadi Rothenberg教授、Jasper Biemolt博士以及武汉理工大学杨莹讲师。

电化学分解水制氢是最可持续的制氢方法之一。由于传统碱性电解池和新兴质子交换膜电解池受到结构与材料的固有限制，存在材料及运行成本高的问题。

针对上述问题，晏宁教授课题组设计了一种无电解质隔膜的流动电解池，该电解池以“三明治结构”和循环操作模式为特色，实现了水分解反应的解耦。该结构通过物理上分离富含H₂ 的阴极电解液和富含O₂的阳极电解液，使电解水得到的H₂纯度达到＞99.1%。同时，该电解池使用了低成本、高活性的催化剂，表现出了低的内阻以及高的传质速率，在2.1 V的偏压条件下实现了750 mA cm^-2的水分解电流密度。特别是无论在去离子水还是普通自来水中，电解池都能够表现出优良的活性与稳定性。这项工作通过电解池结构和材料的设计，将不同电解池设计理念的优点结合，为可持续制氢开辟了途径。

a) 无电解质隔膜流动电解池的结构图；b, c) 工作原理图。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-24284-5