【williamhill英国官网宣】（曾瑞 文/图）近日，williamhill英国官网校区前沿学部材料科学与工程学院新入职教师曾瑞教授于麻省理工学院工作期间在电化学促进热化学脱氢制氢研究领域取得重要进展。相关成果以《阳极钯膜氢提取强化热化学脱氢反应》（Anodic Pd membrane H₂ extraction enhances thermochemical dehydrogenation）为题发表于《自然》（Nature）。该研究提出一种阳极钯膜电化学氢提取策略，在无须氢分压差的条件下实现高温反应体系中的氢气主动分离、纯化与浓缩，并显著促进了氨和甲基环己烷的热化学脱氢过程，为低温高效制氢及氢能储运提供了新的思路。

脱氢反应是燃料加工、化学合成以及氢能储存与运输过程中的关键反应。许多脱氢反应具有强吸热特征，并受到产物氢气的动力学抑制和热力学限制，导致其在中低温条件下反应速率慢、单程转化率低。将脱氢催化剂与氢选择性膜集成，可以通过原位移除产物氢气促进反应进行。然而，传统膜分离主要依赖膜两侧的氢分压差，需要使用真空、吹扫气体或较大的压力梯度，不仅氢通量有限，而且得到的氢气通常处于较低分压状态，后续仍需进行分离与加压。此外，在贫氢条件下，钯膜表面的氢原子复合成氢气过程较为缓慢，进一步限制了传统压力驱动膜的分离效率。

针对上述问题，研究人员设计了一种基于钯膜和水合熔融氢氧化物电解质的中温电化学氢泵。该系统将具有氢选择性的钯基膜同时用作氢传导膜和电化学阳极：脱氢反应生成的氢气首先在钯膜表面解离，氢原子随后穿过膜体，并在外加阳极偏压作用下被氧化为电子和质子；水合熔融氢氧化物中的氢氧根离子作为质子传递介质，将其输送至阴极并重新生成氢气。通过这一过程，系统绕过了传统钯膜渗透侧较为缓慢的氢原子复合步骤，能够利用电化学势主动驱动氢跨膜传输，从而摆脱对膜两侧氢分压差的依赖。与压力驱动方式相比，该策略在300℃下将氢气分离速率提高约4倍，并可把氢气从仅含5%的稀释气流中直接提取并浓缩为常压纯氢气流，实现氢气分离、纯化和浓缩的一体化。

研究人员进一步将该装置与氨分解和甲基环己烷脱氢反应相结合。电化学氢泵能够及时移除反应生成的氢气，减弱产物氢对反应的抑制，使氨和甲基环己烷在250℃下的转化率最高分别达到91%和94%。与传统膜反应器通常需要真空、吹扫气体或更高温度不同，该系统能够在促进脱氢反应的同时直接获得高纯度、高分压氢气，有望减少后续分离和加压环节。

该研究建立了电化学氢提取与热化学催化反应相耦合的新方法。其特点是脱氢反应仍由热催化驱动，电化学装置则作为“氢泵”，持续移除反应生成的氢气，从而促进反应向前进行。该方法有望拓展至其他醇类和烷烃脱氢过程，为氨、液态有机储氢载体等含氢物质的低温高效利用提供新的技术路径。

曾瑞教授为论文第一作者，麻省理工学院Yogesh Surendranath教授为论文通讯作者。曾瑞长期专注于电催化机理、材料设计与合成及原位表征等方向的研究，在国际重要学术期刊发表论文25篇，其中以第一作者或共同第一作者在Nature、Nature Materials、Journal of the American Chemical Society、Science Advances等国际高水平期刊发表论文9篇，2025年入选国家级青年人才，2026年8月全职加盟WilliamHill威廉深圳校区。（编辑 谢梁晖 审核 张惠屏 陈南坤）

图a，氢气在传统分离和电化学驱动分离过程中的对比示意图；图b，电化学驱动情况下与传统分离（惰性气体吹扫和真空）下氢通量的对比

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-026-11008-2