近期，中国科学院合肥物质院固体所环境与能源纳米材料中心尹华杰研究员团队在光热空气集水自驱动生产绿氢领域取得新进展。相关研究成果以“Solar-Driven Atmospheric Water Production Through Hierarchically Ordered Porous Carbon for Self-Sustaining Green Hydrogen Production”为题发表在Advanced Materials (Adv. Mater. 2025, e11336)。

绿色氢能被认为是实现“碳中和、碳达峰”目标的重要能源形式，其中质子交换膜电解水（PEMWE）因其高效率和高纯度氢气输出而备受关注。然而，PEMWE过程严重依赖高纯水作为反应原料，在缺水地区限制了其应用。空气集水（Atmospheric Water Harvesting, AWH）作为获取纯净水的新兴途径，有望解决绿氢生产时水短缺问题。

基于此，研究人员提出了一种光热空气集水-质子交换膜电解自驱动系统（图1）。该系统以有序多级孔碳为空气集水吸附剂，与改装的电解槽耦合，实现空气集水-光热蒸发-光驱动电解过程。吸附剂的多级孔结构（微孔-介孔-大孔）通过模板法与高温煅烧构建，再通过表面氧化增强亲水性。在40%相对湿度下实现 0.49升/千克吸附剂/小时的吸水量，同时在20%相对湿度的干旱条件下依然保持稳定吸湿与光热蒸发性能（图2a）。在室内40%相对湿度模拟条件下，该系统在1.65V恒电压工作时，绿氢生产速率可达295.5毫升/小时，系统循环性能优异，能够长期稳定运行（图2b）。野外环境测试结果显示 （图2c），该系统无需外部加热或额外能量输入，真正实现了全太阳能驱动、零碳排放的绿色制氢。

上述研究得到了国家自然科学基金、合肥大科学中心协同创新培育基金的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202511336

图1. 基于有序多孔碳的空气集水-质子交换膜电解水自驱动系统

图2.(a)吸附剂在不同相对湿度下的空气集水性能；（b）室内模拟太阳光驱动实验；（c）野外观测实验。