近日，iChEM研究人员，复旦大学夏永姚、王永刚教授课题组发明了一种两步碱性电解水制氢的新方法。该方法采用商用的氢氧化镍电极作为中间氧化还原对，将常规的碱性电解水过程分解成先后独立发生的“电解制氢气步骤”和“电解制氧气步骤”，并因此可以在没有任何隔膜的条件下，制备出高纯氢气。其制氢步骤包括：水分子在阴极电化学还原制氢和Ni(OH)2的阳极氧化(Ni(OH)2NiOOH); 其后续的制氧步骤则包括：NiOOH的阴极还原(NiOOH Ni(OH)2)和氢氧根的阳极氧化制氧。上述两个步骤循环交替进行，实现了制氢和制氧的分时、分地进行，可以在没有任何隔膜存在的条件下制备高纯氢气。此外，还可以将将制氢步骤和金属锌结合，实现充电过程电解制氢和Zn-NiOOH电池放电释放能量的循环。相关研究成果(“Separating hydrogen and oxygen evolution inalkaline water electrolysis using nickel hydroxide”)近期在Nature Communications 在线发表。（Nature Communications, 2016 DOI: 10.1038/ncomms11741）。论文的第一作者为三年级博士生陈龙。
近年来，采用可再生能源实现水分解制氢已经成为全球研究的热点。将现有的可再生能源(风能、太阳能等)转化为电能，并和传统的电解水工艺直接连用，是实现这一目标的最有效途径之一。但是，常规的电解水工艺在电解水的过程中，氢和氧是同时生成的，克服氢/氧的混合则是一个难题。离子交换膜的使用可以减缓这一问题，但是昂贵的价格和离子交换膜的失效，增加了成本。上述方法，则解决了这一问题。此外，氢氧的分步制备，大大提升了碱性电解水的使用灵活性。可以根据可再生能源的变化，有选择地进行制氢步骤或制氧步骤，大大提升了可再生能源的利用率。例如，可以在白天通过太阳能制备氢气，夜晚则通过过剩的电能制备氧气，再生氢氧化镍电极。此外，制氢步骤和锌-镍电池的循环，也为我们提供了新的能源利用方式。例如，可以在白天制备氢气用作燃料，夜间采用锌-镍电池放电驱动不同的家庭用电器。目前，该课题组已经申请了多项专利，正在寻求企业合作。
以上研究得到了国家自然科学基金委、上海市科委和教育部能源材料化学协同创新中心 (2011•iChEM) 的资助。
论文链接：http://www.nature.com/ncomms/2016/160520/ncomms11741/full/ncomms11741.html
