電化學(xué)水分解產(chǎn)生高純度氫氣是減少二氧化碳排放的有效方法。然而，高耗電量和大量純水的需求阻礙了其大規(guī)模應(yīng)用。因此，將持續(xù)用電量降低到可承受的水平并找到一種地球上豐富的物質(zhì)來替代純水對于實(shí)現(xiàn)通過析氫反應(yīng)(HER)可持續(xù)生產(chǎn)H₂具有重要意義?；诖?，中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林和王杰等設(shè)計(jì)了一種由風(fēng)力驅(qū)動(dòng)的摩擦納米發(fā)電機(jī)(W-TENG)、變壓器和海水分解單元組成的自供電海水電解系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以有效地將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為可再生氫能。

具體而言，研究人員通過采用最低未占分子軌道(LUMO)值較低的聚四氟乙烯(PTFE)和最高占據(jù)分子軌道(HOMO)值較大的聚甲醛(POM)作為電介質(zhì)對，由于匹配的HOMO/LUMO帶隙能量，所制備的W-TENG獲得了344.2 μC m^-2的電荷密度。此外，隨著變壓器與W-TENG的阻抗匹配，W-TENG中外環(huán)(OR-TENG)和內(nèi)環(huán)(IR-TENG)的電流從1.0 mA和0.42 mA分別增加到26.3 mA和28.2 mA。

受益于變壓器整流后的合理電壓，碳紙負(fù)載的NiCoP-金屬-有機(jī)骨架(NiCoP-MOF)具有優(yōu)異的傳遞系數(shù)和超細(xì)結(jié)構(gòu)(<10 nm)，在天然海水氫氣中對水分解具有高電催化活性和穩(wěn)定性。因此，自供電海水電解系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高達(dá)90 μL min^-1和1723.9 μL min^-1 m^-2的H₂產(chǎn)率，并且電能-化學(xué)能轉(zhuǎn)換效率為78.9%。

此外，這項(xiàng)研究還表明TENG產(chǎn)生的脈沖電流促進(jìn)了氫氣的產(chǎn)生，其產(chǎn)生的能量損耗比恒定電流低。該項(xiàng)工作的整個(gè)設(shè)計(jì)不僅可以提供經(jīng)濟(jì)且高效的自供電分水系統(tǒng)，還提供了一種更實(shí)用的將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為可再生氫能的策略。

Self-Powered Seawater Electrolysis Based on a Triboelectric Nanogenerator for Hydrogen Production. ACS Nano, 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c06701