电解水是工业化制氢的有效方法。传统的水电解槽在被隔膜隔开的相邻电极室内同时产生H₂和O₂，这会导致纯度，能量效率和系统耐用性受损。

近日，新加坡国立大学Qing Wang，南方科技大学卢周广教授报道了一个碱性氧化还原流电解槽，其与独立的产气反应器集成在一起，可以在空间上隔离同时产生的H₂和O₂。

文章要点

1）采用一对氧化还原介质作为电解液载流子，在中心电极室和单独的催化剂床之间进行循环。在运行时，介体在电极上电化学充电，然后在各自的反应器中通过催化HER和OER反应进行放电。对于碱性水电解，其主要的挑战是需要克服缓慢的水解离步骤产生的额外能垒，以产生放氢所必需的H*中间体。

2）这里，研究人员采用了7,8-dihydroxy-2-phenazinesulfonic acid （DHPS）作为HER氧化还原介质，以质子和电子载体的形式绕过上述限速步骤。DHPS在阴极上的还原生成DHPS-2H（步骤1），其动力学速率比直接H₂O还原快，然后在流经反应器中的催化剂床层时启动HER反应。在制气反应器中，DHPS-2H在Pt催化剂上的脱氢会自发释放H₂（步骤2），循环回到阳极室后，DHPS会与H₂一起再生进行第二轮反应。对于OER侧，[Fe(CN)₆]^3−/4−作为高能电荷载体，当它流经单独反应器中的NiFe(OH)₂催化剂床层时，引发OER反应（步骤3和4）。采用这种流动电池配置，当电解液在电池中循环时，DHPS和[Fe(CN)₆]⁴⁻会立即再生，同时在槽中不间断地产生H₂和O₂，从而省去了复杂的气体电极设计和气体混合。

4）研究人员通过紫外-可见光谱（UV−Vis）、核磁共振（NMR）、电子顺磁共振光谱（EPR）和计算研究，对DHPS介导的HER反应的机理过程进行了系统研究。

参考文献

Feifei Zhang, et al, Decoupled Redox Catalytic Hydrogen Production with a Robust Electrolyte-Borne Electron and Proton Carrier, J. Am. Chem. Soc., 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c09510

https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c09510