合肥物质院研发光热空气集水系统，实现高效自驱动生产绿氢

9 月 9 日消息，中国科学院合肥物质科学研究院正式消息，近期，中国科学院合肥物质院固体所尹华杰研究员团队在光热空气集水自驱动生产绿色氢能领域取得新进展。相关研究成果发表在 Advanced Materials 上。

据了解，绿色氢能被认为是实现“碳中和、碳达峰”目标的重要能源形式。质子交换膜电解水（PEMWE）技术是生产绿氢的主要技术路线之一，因其高效率和高纯度氢气输出而备受关注。然而，PEMWE 过程严重依赖高纯水作为反应原料，在缺水地区限制了其应用。空气集水（Atmospheric Water Harvesting, AWH）作为获取纯净水的新兴途径，有望为绿氢生产过程中的水源短缺问题提供可行解决方案。

基于此，研究人员提出了一种光热空气集水-质子交换膜电解自驱动系统（图 1）。该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（微孔-介孔-大孔）通过模板法与高温煅烧构建，再通过表面氧化增强亲水性。在 40% 相对湿度下实现 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，仍能保持稳定的吸湿与光热蒸发性能（图 2a）。在室内模拟条件下（40% 相对湿度），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，并表现出优异的循环稳定性和长期运行可靠性（图 2b）。野外环境测试结果显示（图 2c），该系统无需外部加热或额外能量输入，真正实现了全太阳能驱动、零碳排放的绿色制氢。