摘要：水电解是一种环境友善的H2生产途径，但将析氧反应(OER)与析氢反应(HER)直接耦合具有以下几个缺点：首先，由于涉及四电子转移，阳极OER在热力学上不利且动力学缓慢，增加了电解水的能耗；其次，H2和O2混合风险较高，因此需要昂贵的离子交换膜来防止气体交叉；第

水电解是一种环境友善的H2生产途径，但将析氧反应(OER)与析氢反应(HER)直接耦合具有以下几个缺点：首先，由于涉及四电子转移，阳极OER在热力学上不利且动力学缓慢，增加了电解水的能耗；其次，H2和O2混合风险较高，因此需要昂贵的离子交换膜来防止气体交叉；第三，阳极OER在形成活性氧物种时也可能导致膜降解。因此，利用热力学上更有利的有机物氧化反应以取代OER是克服上述挑战的有效策略。

近日，香港大学郭正晓、北京化工大学邱介山、西北大学马海霞和东北林业大学徐明等提出了一种双极H2生产方法，除了Pt1,n@VS2阴极生成H2外，在CuO@CF阳极侧还使用3,5-二氨基-1,2,4-三唑(DAT)的N-N氧化偶联脱氢(OCD)产生H2。

实验结果表明，在10 mA cm-2电流密度下，DAT-OCD的电位为0.87 VRHE。原位DEMS、同位素标记测试、原位ATR-FTIR光谱和DFT计算证实，DAT-OCD过程中的H2生产和H2中的H原子都来自DAT底物中的氨基团。N-H键断裂和-NH-NH桥接，然后进一步脱氢形成-N=N-主导反应。

同时，来自N-H键断裂的H原子通过Tafel途径重组形成H2。对于阴极碱性HER，达到10 mA cm-2时的过电位低至40.3 mV，稳定性超过100小时。理论计算表明，Pt1,n的Pt SAs位点促进Volmer步骤，导致H*通过Heyrovsky途径溢出到S位点，从而快速产氢。

此外，研究人员组装了一个H型HER和DAT-OCD耦合电解系统，其需要0.94和1.05 V的超低电池电压就能分别达到10和50 mA cm-2的电流密度。因此，这个耦合系统只需要常规整体水分解系统(OWS)能耗的三分之一。

值得注意的是，具有AEM器件的DAT-OCD||HER混合流动池在500 mA cm-2下表现出优异的稳定性，可持续电解超过300小时，表明该混合系统在大规模应用中的巨大前景。考虑到阳极的低电位N-N氧化脱氢，预计这个双极产氢系统将适用于许多基于氨基官能团的低能耗脱氢过程，以及获得增值含氮化学品。

Electrochemical N-N oxidatively coupled dehydrogenation of 3,5-diamino-1H-1,2,4-triazole for value-added chemicals and bipolar hydrogen production. Journal of the American Chemical Society, 2025. DOI: 10.1021/jacs.4c17225

来源：MS杨站长