近日，我院2017屆校友呂飛以第一作者身份在期刊《自然 通訊》（Nature Communications）上發表了“基于解耦電解的太陽能氫電聯產”的研究論文。該工作制備了一種高比容量、長循環穩定性能的預質子化p-VHCF媒介，并以該媒介構建了一種新型的解耦電解系統用于分步制氫和肼氧化實現了氫電聯產。
在傳統的電解水體系中，析氫反應（HER）和析氧反應（OER）同時發生且緊密耦合。如此緊密的H2和O2耦合，不僅增加了氣體分離的難度，還可能發生H2與O2的混合危險，且系統很難適應可再生能源的波動性和間歇性。，通過在電解水過程中引入氧化還原媒介，HER和OER就可以在時間或（和）空間上的解耦，從而有利于通過電解水將可再生能源直接轉化為氫能。目前，關于媒介電極的研究還處于初級階段，開發的氧化還原媒介的容量和循環性能都不能滿足高能量/功率的要求，這極大地限制了解耦系統的實際應用。此外，考慮到OER過程反應動力學較慢，利用肼氧化替代OER步驟是一種可行的選擇。根據解耦電解的原理，可將肼氧化與介質電極還原結合形成一個新解耦電解系統，實現制氫和發電的功能，這可能為利用可再生能源進行靈活的能源轉換和儲存提供可能性。然而，這一問題在解耦系統中的研究迄今很少。
為了突破這一難題，西安交通大學陳玉彬教授課題組制備了一種預質子化的p-VHCF媒介電極，該電極在酸性條件下具有高的可逆比容量和長期循環穩定性。利用采用該p-VHCF媒介電極構建了一個無膜的酸性解耦水電解池，實現了酸性條件下氫氣和氧氣的分步生產。更進一步地，基于能勢匹配的思想，利用p-VHCF氧化還原媒介和肼氧化反應進一步構建了一種新的解耦電解系統，可在日間通過光伏驅動產氫和儲電，在夜間通過肼液體電池輸出電能，實現了有序的太陽能轉化與存儲。
圖一. 兩步解耦電解過程示意圖。(a)使用p-VHCF媒介電極的解耦酸性水電解制氫/制氧示意圖。(b)使用p-VHCF媒介電極的解耦電解制氫和肼氧化示意圖。
我院2017屆校友、西安交通大學2020級博士生呂飛為論文第一作者，西安交通大學動力工程多相流國家重點實驗室陳玉彬教授為通訊作者。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45321-z
值得一提的是，我院2017屆校友：張園明、閆學習、嚴婷婷也均在Nature系列子刊上有重要成果發表，相關論文連接如下：
張園明：Homogeneous solution assembled Turing structures with near zero strain semi-coherence interface，https://www.nature.com/articles/s41467-022-30574-3
閆學習：Interfacial interaction and intense interfacial ultraviolet light emission at an incoherent interface，https://www.nature.com/articles/s41467-023-38548-9
嚴婷婷：Low-dimensional wide-bandgap semiconductors for UV photodetectors，https://doi.org/10.1038/s41578-023-00583-9
幾名校友簡介如下：
呂飛，2013-2017年本科就讀于我院，期間曾擔任材料13-6班長，曾帶領班級獲得江蘇省“紅旗班級“稱號。后進入上海大學攻讀碩士學位，之后進去西安交通大學攻讀博士學位，研究方向為解耦電解水制氫。曾獲西安交通大學校友獎學金、院士獎學金、研究生國家獎學金等。目前在Nat. Commun.，Chemsuschem，J.POWER SOURCE.等期刊發表論文6篇。
張園明：2013-2017年本科就讀于我院，期間曾擔任材料13-3班團支書。保研至南京大學碩博連讀。
閆學習：2013-2017年本科就讀于我院，期間曾擔任材料13-4班班委。后進入中科院金屬所碩博連讀。
嚴婷婷：2013-2017年本科就讀于我院，期間曾擔任材料13-4班團支書，碩士就讀于中科院寧波所，后進入復旦大學攻讀博士學位。