中国科大教授用氢气电容打破水电解难题，未来都能用清洁能源

　　你知道吗？水是地球上最丰富的资源之一，也是最有潜力的能源之一。如果我们能把水分解成氢气和氧气，就可以利用它们进行清洁的燃烧或者储存能量。
　　但是，要实现这个目标并不容易。因为水分解需要消耗大量的电能，并且要求使用特殊的催化剂和电极材料。而且，不同的水溶液（比如酸性、中性或者碱性）对于催化剂和电极材料的要求也不同。
　　那么，有没有一种方法可以在任何pH条件下高效地分解水呢？答案是有的！最近，中国科学技术大学化学与材料科学学院陈维教授课题组在国际期刊JACS Au发表了一篇论文，提出了一个新颖的概念：**利用电催化型氢气电容**，**解耦全pH水电解**（all-pH-CDWE）。
　　什么是电催化型氢气电容呢？简单来说，就是利用一个特殊的金属合金作为阴极（负极），在通入直流电后，在其表面形成一个薄薄的氢原子层。这个层相当于一个＂活性＂屏障，可以阻止其他物质（比如碱金属离子）进入阴极，并且可以在任何pH条件下快速地释放出纯净的氢气。
　　而什么是解耦全pH水电解呢？就是指把原本需要同时进行的两个反应（即阴极产生氢气和阳极产生氧气）分开进行。这样做有什么好处呢？
　　首先，可以减少系统复杂度和成本；
　　其次，可以提高系统稳定性和效率；
　　最后，可以实现对任何pH溶液的适应性。
　　图 | 网 | 材料牛
　　（a）电催化型氢气电容器的工作原理图；
　　（b）电催化型氢气电容器与电化学双电层电容器的电极工作示意图对比。
　　具体来说，陈维教授课题组设计了一个简单而高效的装置：
　　只需要一个普通的阳极（比如铂或者碳纳米管）。
　　一个含有金属合金（比如钯银合金）粉末或者箔片的阴极槽。
　　以及两个盛放不同pH溶液（比如酸性、中性或者碱性）的容器。
　　然后，在阳极和阴极之间接通直流电源，就可以实现水的分解。在阳极，水分子会被氧化成氧气和质子（或者氢氧根离子），在阴极，质子（或者氢氧根离子）会被还原成氢原子，并且被吸附在金属合金表面，形成电催化型氢气电容。当电催化型氢气电容达到饱和时，就会释放出纯净的氢气。
　　Acidic-CDWE在Swagelok装置中的电化学性能 | 注：图源能化大数据，专业请移步至此
　　这个过程有什么优点呢？
　　首先，它可以在任何pH条件下进行，不需要特殊的溶液或者添加剂。
　　其次，它可以使用低成本的材料和设备，不需要昂贵的稀土元素或者复杂的结构。
　　最后，它可以实现高效率和高稳定性的水电解，不受碱金属离子或者其他杂质的影响。
　　陈维教授课题组的这项工作，为全pH水电解提供了一种新的思路和方法，有望推动氢能源的发展和应用。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院、中组部等单位的资助。