光热空气集水+自驱动绿氢生产系统问世

近日，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所尹华杰研究员团队在光热空气集水中实现自驱动绿色氢能生产方面取得重要进展。相关研究成果已在Advanced Materials发表。

绿色氢能被视为实现“碳中和、碳达峰”目标的关键能源之一。当前，质子交换膜电解水技术是制取绿氢的重要手段，因其产氢效率高、氢气纯度好而受到广泛关注。然而，该技术依赖高纯度水源，限制了其在干旱和水资源匮乏地区的应用。空气集水作为新兴的取水方式，被认为有潜力解决绿氢生产中的水源问题。

针对这一问题，研究团队设计并构建了一套光热空气集水与质子交换膜电解一体化的自驱动系统。该系统采用具有多级孔结构的有序多孔碳作为空气集水吸附材料，并与改进型电解槽耦合，实现了从空气吸水、光热蒸发到光电解水的全过程自驱动运行。研究人员通过模板法结合高温煅烧工艺构建出具有微孔-介孔-大孔结构的吸附材料，并通过表面氧化处理提升其亲水性能。在相对湿度为40%的环境下，该材料每千克每小时可吸附收集0.49升水。即使在湿度低至20%的干旱条件下，仍能维持良好的吸湿和蒸发能力（图2a）。

在模拟室内实验中（湿度40%），系统在1.65伏恒电压下运行时，绿氢产量达到每小时295.5毫升，表现出良好的循环稳定性和长时间运行可靠性（图2b）。野外实测结果（图2c）进一步表明，系统在无外部加热或额外能量输入的情况下，可实现完全依靠太阳能驱动的零碳绿氢生产。

该研究为水资源受限地区开展可持续绿氢生产提供了新思路，也为太阳能转化与利用开辟了新路径。