氫氣是未來社會的重要能源載體之一，以清潔電能驅動的電解氫被認為是實現制備“綠氫”的有效手段。當前電解水制氫氣工藝面臨隔膜價格高、貴金屬催化劑資源短缺、氫氣存儲和運輸成本高等挑戰。近年來，水解活潑金屬/化合物（例如NaBH₄、Mg、Al）原位産氫氣技術受到廣泛關注，即将産氫和産氧兩個過程分開，有可能解決現有水電解制氫所面臨的挑戰。然而，活潑金屬/化合物的再生需要大量的能量輸入，并排放CO₂和其他氣體（如CO、Cl₂、CF₄等），與綠氫的制備目标背道而馳。

近日，汪的華/尹華意教授團隊設計了一種利用鋅金屬驅動的“電解産鋅-水解産氫”雙功能電化學池。當電能充足時，進行電解産鋅，以黃銅為陰極、雷尼鎳為陽極、氫氧化鉀水溶液為電解質，在陰極電沉積金屬鋅并在雷尼鎳陽極釋放氧氣，即将電能儲存到金屬鋅中。當需要氫氣時，進行水解産氫，水解産氫和電解在同一個電化學池中進行，即将電解鋅和雷尼鎳電極構建成一個Zn-H₂O原電池，金屬鋅負極自發被氧化為鋅離子，雷尼鎳正極上産氫。整個過程鋅充當儲能介質，調控體系的能源儲存和制氫。該工作的核心是雷尼鎳在堿性介質中具備優良的催化析氧和析氫性能——在電解過程中降低了陽極的析氧電位，在産氫過程中将鋅的水解反應解耦為鋅的腐蝕溶解和析氫兩個反應，實現了Zn負極的連續快速溶解，解鎖了Zn-H₂O原電池反應動力學，體系的能效轉換效率可達70%。該工作以“Rechargeable Zn-H2O hydrolysis battery for hydrogen storage and production”為題發表在 Angewandte Chemie International Edition上，資環院2022級博士蔡牧涯為第一作者，尹華意教授為通訊作者，88858cc永利官网為唯一通訊單位。

該工作受到國家自然科學基金項目和中央高校基本業務費的支持。

論文鍊接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202404025