近日，我院2017届校友吕飞以第一作者身份在期刊《自然 通讯》（Nature Communications）上发表了“基于解耦电解的太阳能氢电联产”的研究论文。该工作制备了一种高比容量、长循环稳定性能的预质子化p-VHCF媒介，并以该媒介构建了一种新型的解耦电解系统用于分步制氢和肼氧化实现了氢电联产。
在传统的电解水体系中，析氢反应（HER）和析氧反应（OER）同时发生且紧密耦合。如此紧密的H2和O2耦合，不仅增加了气体分离的难度，还可能发生H2与O2的混合危险，且系统很难适应可再生能源的波动性和间歇性。，通过在电解水过程中引入氧化还原媒介，HER和OER就可以在时间或（和）空间上的解耦，从而有利于通过电解水将可再生能源直接转化为氢能。目前，关于媒介电极的研究还处于初级阶段，开发的氧化还原媒介的容量和循环性能都不能满足高能量/功率的要求，这极大地限制了解耦系统的实际应用。此外，考虑到OER过程反应动力学较慢，利用肼氧化替代OER步骤是一种可行的选择。根据解耦电解的原理，可将肼氧化与介质电极还原结合形成一个新解耦电解系统，实现制氢和发电的功能，这可能为利用可再生能源进行灵活的能源转换和储存提供可能性。然而，这一问题在解耦系统中的研究迄今很少。
为了突破这一难题，西安交通大学陈玉彬教授课题组制备了一种预质子化的p-VHCF媒介电极，该电极在酸性条件下具有高的可逆比容量和长期循环稳定性。利用采用该p-VHCF媒介电极构建了一个无膜的酸性解耦水电解池，实现了酸性条件下氢气和氧气的分步生产。更进一步地，基于能势匹配的思想，利用p-VHCF氧化还原媒介和肼氧化反应进一步构建了一种新的解耦电解系统，可在日间通过光伏驱动产氢和储电，在夜间通过肼液体电池输出电能，实现了有序的太阳能转化与存储。
图一. 两步解耦电解过程示意图。(a)使用p-VHCF媒介电极的解耦酸性水电解制氢/制氧示意图。(b)使用p-VHCF媒介电极的解耦电解制氢和肼氧化示意图。
我院2017届校友、西安交通大学2020级博士生吕飞为论文第一作者，西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室陈玉彬教授为通讯作者。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45321-z
值得一提的是，我院2017届校友：张园明、闫学习、严婷婷也均在Nature系列子刊上有重要成果发表，相关论文连接如下：
张园明：Homogeneous solution assembled Turing structures with near zero strain semi-coherence interface，https://www.nature.com/articles/s41467-022-30574-3
闫学习：Interfacial interaction and intense interfacial ultraviolet light emission at an incoherent interface，https://www.nature.com/articles/s41467-023-38548-9
严婷婷：Low-dimensional wide-bandgap semiconductors for UV photodetectors，https://doi.org/10.1038/s41578-023-00583-9
几名校友简介如下：
吕飞，2013-2017年本科就读于我院，期间曾担任材料13-6班长，曾带领班级获得江苏省“红旗班级“称号。后进入上海大学攻读硕士学位，之后进去西安交通大学攻读博士学位，研究方向为解耦电解水制氢。曾获西安交通大学校友奖学金、院士奖学金、研究生国家奖学金等。目前在Nat. Commun.，Chemsuschem，J.POWER SOURCE.等期刊发表论文6篇。
张园明：2013-2017年本科就读于我院，期间曾担任材料13-3班团支书。保研至南京大学硕博连读。
闫学习：2013-2017年本科就读于我院，期间曾担任材料13-4班班委。后进入中科院金属所硕博连读。
严婷婷：2013-2017年本科就读于我院，期间曾担任材料13-4班团支书，硕士就读于中科院宁波所，后进入复旦大学攻读博士学位。
