脱氢反应是燃料加工、化学合成以及氢储存与运输领域的核心环节。然而，多数脱氢反应具有强吸热性，且反应产物氢气会严重抑制反应的进行，导致在中等温度下单程转化率较低。传统策略是将催化剂与氢选择性膜（如钯基膜）集成，利用氢分压差驱动原位氢气移除，以促进反应平衡移动。但这一方法通常面临氢通量有限、机械稳定性差以及回收氢分压低等挑战。钯基膜虽具备优异的氢渗透性、近乎无限的氢选择性和良好的化学热稳定性，但在富氢条件下，其渗透侧表面氢原子复合为氢气分子的步骤（H-H recombination）属于二级反应，动力学较为迟缓，限制了分离效率。因此，亟需一种新型驱动模式以突破上述瓶颈。

针对上述挑战，美国麻省理工学院Yogesh Surendranath教授、曾瑞教授（已加盟哈工大（深圳），2025年入选国家级高层次青年人才项目）创新性地提出了一种电化学辅助的氢分离策略。他们将氢选择性的钯基膜作为熔融氢氧化物电解池的阳极，并耦合析氢阴极，构建了一套可在脱氢反应温度（>200℃）下运行的电化学系统。该设计利用阳极电位驱动氢原子在膜内快速渗透并氧化为质子，绕过了传统压力驱动中缓慢的氢复合步骤。研究表明，仅需约0.3 V（相对于可逆氢电极）的低阳极过电位，即可实现扩散限制的氢跨膜输运。在300℃下，该电化学方法使氢分离速率较压力驱动过程提升了4倍，并可将0.05 atm的稀氢气流（平衡气为氩气）直接富集为1 atm的纯氢。将该阳极与脱氢催化剂耦合后，在250℃下氨和甲基环己烷的转化率分别高达91%和94%。此项工作为利用电化学辅助氢移除增强特定脱氢反应提供了概念性验证。相关论文发表在最新一期《Nature》上。

研究成功展示了电化学辅助氢分离作为一种强大的平台技术，能够有效克服传统脱氢反应中因氢气抑制导致的动力学限制。通过将Pd基膜作为电化学阳极，利用电位代替压力梯度驱动氢渗透，该技术不仅能绕过低氢压下缓慢的H-H复合动力学，实现高效、高纯度的氢气提取与浓缩，还能在显著低于传统工艺的温度下运行。此外，系统中的过电位和欧姆损耗会以热能形式释放，可为吸热的脱氢反应提供部分乃至全部所需热量（如氨脱氢所需33.5 kJ molH？？1），从而降低对外部高温热源的依赖。尽管当前实验室规模的装置在膜材料稳定性（如Pd-Ag的银偏析）和密封技术方面仍面临挑战，但该概念验证为未来开发高效、紧凑的低温脱氢反应器及氢载体利用系统指明了新方向，有望推动氢经济中储存与运输环节的技术进步。（来源：Nature）