阴离子交换膜电解槽界面工程实现纯水供能的持久制氢

《SCIENCE》：Durable, pure water–fed, anion-exchange membrane electrolyzers through interphase engineering

本研究针对阴离子交换膜水电解槽（AEMWE）在纯水条件下阳极离聚物电化学稳定性不足的瓶颈，通过引入含无机物的分子添加剂与离聚物共组装，构建了稳定的界面相。该策略使AEMWE在70°C、2.0 A/cm2的纯水运行条件下，衰减率低于0.5 mV/h，寿命提升20倍以上，为低成本、高耐久性绿色氢能技术提供了新路径。

　　

阴离子交换膜水电解槽（Anion-Exchange Membrane Water Electrolyzers, AEMWE）因其可扩展、低成本的制氢潜力而备受关注，但其阳极离聚物（ionomer）的电化学不稳定性，尤其是在纯水供料条件下的耐久性不足，严重制约了实际应用。

研究人员通过界面工程策略，将含无机成分的分子添加剂与离聚物进行共组装，成功在阳极水氧化催化剂（water-oxidation catalyst）附近形成富集的无机-有机界面相（interphase）。这一界面结构能够通过金属氧/羟基低聚物（metal oxo/hydroxo oligomers）与离聚物之间的交联作用，有效抑制离聚物的持续氧化降解，同时保持其良好的机械完整性和氢氧根离子（hydroxide）传导性。

实验结果表明，采用该策略的AEMWE在70°C、2.0 A/cm²的纯水条件下运行，其性能衰减速率可控制在每小时0.5毫伏以内，器件寿命较传统设计提升超过20倍。这一基于添加剂的界面工程方法不仅为无需支持电解质的耐久性AEMWE提供了可行路径，也适用于多种催化剂和离聚物组合，展现出广泛的电化学技术适配性。