光纤传感技术破解电解水制氢"黑箱"：气泡动态监测引导系统级优化新范式

【编辑推荐】本研究首创光纤表面等离子体共振(SPR)传感系统，实现工业级电解水制氢(WEHP)装置中气泡-极板/电极相互作用的原位监测。突破传统"电极主导"范式，揭示高电流密度(1.0 A/cm2)下极板亲水性对效率的影响超越电极，据此设计的超亲水(SHL)镍基催化剂与亲水(HL)极板组合体系达到1.73 V@1.0A/cm2，超越美国能源部(DOE)2026目标，为工业电解槽系统优化提供新思路。

　　

Highlight

本研究通过创新性光纤传感技术，首次实现了工业电解水制氢(WEHP)装置内部气泡行为的"可视化"监测。就像给电解槽装上了"内窥镜"，我们成功揭开了传统不透明反应器的"黑箱"奥秘。

Quantitative characterization of bubble behaviors in AWE using optical signals

图2a展示了表面等离子体共振(SPR)光纤气泡传感器的工作原理。当气泡在光纤周围形成时（参见补充图S1和2），会改变光传输介质的折射率，进而调制SPR耦合的光强信号[38]。通过分析这些光学信号的时序变化，我们首次实现了工业操作条件下密集气泡群的原位监测——这相当于为电解槽装上了"气泡心电图仪"。

Conclusion

本研究构建的原位光纤监测系统，成功实现了多组极板/电极组合中气泡行为的实时量化。通过引入R因子定量评估气泡行为，揭示了其与电解效率的强相关性。更重要的是，我们发现——

CRediT authorship contribution statement

【作者贡献声明】魏贤、吴洋共同完成论文撰写与数据分析；周天帆等负责实验数据采集；马晨等提供研究资源；于可汗负责基金获取与论文修订；侯阳主持项目并完成论文终稿。

Declaration of Competing Interest

作者声明不存在可能影响本研究结果的利益冲突。

Acknowledgment

本研究获国家自然科学基金（62405141等）、江苏省自然科学基金（BK20221330）等项目资助，特此致谢。侯阳研究员同时感谢国家重大研发计划的支持。