氢气是未来社会的重要能源载体之一，以清洁电能驱动的电解氢被认为是实现制备“绿氢”的有效手段。当前电解水制氢气工艺面临隔膜价格高、贵金属催化剂资源短缺、氢气存储和运输成本高等挑战。近年来，水解活泼金属/化合物（例如NaBH4、Mg、Al）原位产氢气技术受到广泛关注，即将产氢和产氧两个过程分开，有可能解决现有水电解制氢所面临的挑战。然而，活泼金属/化合物的再生需要大量的能量输入，并排放CO2和其他气体（如CO、Cl2、CF4等），与绿氢的制备目标背道而驰。
近日，汪的华/尹华意教授团队设计了一种利用锌金属驱动的“电解产锌-水解产氢”双功能电化学池。当电能充足时，进行电解产锌，以黄铜为阴极、雷尼镍为阳极、氢氧化钾水溶液为电解质，在阴极电沉积金属锌并在雷尼镍阳极释放氧气，即将电能储存到金属锌中。当需要氢气时，进行水解产氢，水解产氢和电解在同一个电化学池中进行，即将电解锌和雷尼镍电极构建成一个Zn-H2O原电池，金属锌负极自发被氧化为锌离子，雷尼镍正极上产氢。整个过程锌充当储能介质，调控体系的能源储存和制氢。该工作的核心是雷尼镍在碱性介质中具备优良的催化析氧和析氢性能——在电解过程中降低了阳极的析氧电位，在产氢过程中将锌的水解反应解耦为锌的腐蚀溶解和析氢两个反应，实现了Zn负极的连续快速溶解，解锁了Zn-H2O原电池反应动力学，体系的能效转换效率可达70%。该工作以“Rechargeable Zn-H2O hydrolysis battery for hydrogen storage and production”为题发表在 Angewandte Chemie International Edition上，资环院2022级博士蔡牧涯为第一作者，尹华意教授为通讯作者，武汉大学为唯一通讯单位。
该工作受到国家自然科学基金项目和中央高校基本业务费的支持。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202404025
