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前言
南京工业大学邵宗平教授和周嵬教授在Energy & Environmental Materials上发表题为：“Electrochemical Water Splitting: Bridging the Gaps between Fundamental Research and Industrial Applications”的综述型论文。
亮点
相较于石油裂解与水煤气法，电解水制氢技术凭借其高纯度产出及零碳排放的显著优势，被视为推进双碳目标达成的关键技术路径之一。其中，碱性电解水技术因构造简洁、电极材料成本低廉（特别是非贵金属基电催化剂展现出卓越性能）而备受瞩目。质子交换膜（PEM）电解水技术相较于碱性电解，其核心优势在于更高的安全性能与可靠性，得益于其不使用腐蚀性电解液的特点，同时跨膜在高压差下的运作避免了氧气压缩的需求。PEM电解技术凭借固体与薄膜结构实现更快的离子传输，因而能在较碱性电解槽更高的电流密度下稳定运行。而阴离子交换膜电解水制氢（AEM）工艺，则融合了低成本、快速启停、低能耗以及与可再生能源耦合时的高度灵活性，同时在电流与效率方面可与PEM相媲美。尽管AEM技术兼具碱性与酸性电解技术的优势，但目前仍处于发展初期，其产品寿命、产氢规模等商业化运行条件尚需深入探索。
这些技术的可行性深度依赖于两个关键半反应——阳极的析氧反应（OER）与阴极的析氢反应（HER）的电化学性能。尤其是OER，作为一个热力学上坡反应（237 kJ mol⁻¹），涉及复杂的逐步电子-质子耦合过程，成为整个过程中的瓶颈环节，相较于HER，需更高的过电位方能达成所需电流密度。因此，研发高性能、低成本的电催化剂，特别是针对OER的催化剂，已成为科研领域的重点。
基础研究与实际应用之间的断层，是当前制约该技术快速发展的关键障碍。除了常规的电催化剂设计策略，基础研究中的测试方案，如在高腐蚀性电解质及高温应用装置中工作，与工业条件下的测试标准存在显著差异。例如，实验室通常于室温下使用低浓度碱性电解质（如0.1至1.0 M KOH）评估催化剂性能，而商业碱性电解则在工业温度（50-80℃）下采用高腐蚀性电解质（KOH含量20-40 wt.%的水溶液）。因此，缩小基础研究与工业应用之间的差距，将为下一代催化剂的设计提供至关重要的设计准则与测试方案指引。
图文解析
图1. 电解水技术中基础研究和工业化应用之间的差异因素
图2. 碱性电解槽、PEM电解槽和AEM电解槽的基本构造以及电解槽设计过程中需要考虑的组成和影响因素
图3. 以碱性电解水为例，对比基础研究和商业化应用情况下操作条件的差异，如运行温度、电解液浓度、性能评价标准和催化剂研究种类等
图4. 以碱性电解水技术为例，电解槽运行过程路线图，以及电解槽系统和电堆成本分布
图5. 不同电解水技术催化剂设计的研究进展
