科学技术的进步促进了自然能源的有效利用，以需求为导向的不同能源之间的转换大大改善了人们的生活。围绕实现碳中和的发展目标，预计未来绿色能源将逐渐取代化石燃料。绿色能源，即清洁能源，是指不排放污染物、能够直接用于生产生活的能源。氢能被广泛认为是终极绿色能源，其获取依赖于其他能源的转换，而不同类型能源之间的相互转换则依赖于其固有的传输介质。电化学水分解过程将电能转化为氢能，在地球上拥有大量水资源情况下，该制氢技术具有很大前景。然而，当前大部分电力供应仍然依赖火力和水力资源。火力发电需要大量燃烧化石燃料，而水力发电对生态和交通造成不利影响，与实现碳中和可持续发展目标不符合。在自然界中，海水和淡水之间蕴藏着大量渗透能量。因此，可再生渗透能是转化为氢能的理想前体能源。然而，渗透能到氢能的实际转换受到两种不同信号传导介质（离子和电子）的限制。
鉴于此，复旦大学孔彪课题组展示了一种超组装能量转换新体系与绿色电化学测量新方法。该团队成功设计并实现了集成离子和电子传输介质的智慧能量转换系统，可以高效地将海水/淡水界面处的渗透能转换为氢能。该系统通过离子交换膜和电催化电极的协同作用，实现了离子传输和电子转移在单一电路内的集成传输，这种信号的集成特性可以打破不同能量之间的转换壁垒，同时极大地提升器件的能量转换效率。这一创新有望推动渗透能制氢的实际应用，为可再生能源制氢及减少碳足迹提供一条可行的途径。此外，基于智慧系统内部的实时信号传输特性，未来，该器件有望通过电化学检测记录渗透能供电端口的电流信号变化以实时分析海水和淡水界面的盐差梯度变化，对沿海的入海口水源检测分析具有重要的应用潜力。
上述研究成果日前以“Efficient osmosis-powered production of green hydrogen”为题发表于《Nature Sustainability》。
论文信息：https://doi.org/10.1038/s41893-024-01317-7
Efficient osmosis-powered production of green hydrogen
Nature Sustainability