基於質子交換膜的酸性電解水體系具有操作簡單4️⃣、可在相對較高的電流密度下工作🚶🏻‍♂️、可快速啟停🥈、製氫效率高等特點，受到了國內外眾多研究者的廣泛關註。然而，傳統的電解水體系氫氣和氧氣是同時/同步產生的，需要使用質子交換膜來分割兩極，避免氫🥉🎬、氧混合氣的生成。其中，質子交換膜的使用不僅增加了電解成本💥，還增加了體系的內阻和能耗。並且氫氣、氧氣和催化劑的共同存在還會產生活性氧（ROS）,對質子交換膜有一定的降解作用，從而降低電解體系的使用壽命。另外，析氫反應和析氧反應動力學的差異，限製了不穩定可再生能源（如太陽能、風能等）的直接使用。因此，開發新型的電解製氫體系具有十分重要的意義。

       近期🍥，沐鸣开户的夏永姚🏄🏿‍♀️、王永剛教授研究團隊針對上述問題，采用基於可逆烯醇化反應的芘-4,5,9,10-四酮（PTO）作為氧化還原電對，實現了酸性無膜分步電解製氫體系的研究🤹🏿‍♀️🧘‍♂️。該分步電解體系包括兩個步驟，即製氧步驟和製氫步驟，其製氧步驟（即步驟1）包括陽極的析氧反應（2H₂O – 4e^- → O₂ + 4H⁺）和陰極PTO電極的還原反應（PTO + 4e^- + 4H⁺ → PTO-4H）。隨後的製氫步驟（即步驟2）包括陽極PTO-4H的氧化反應（PTO-4H – 4e^- → PTO + 4H⁺）和陰極的析氫反應（4H⁺ + 4e^- → 2H₂）。步驟1和步驟2可以交替進行🛀🏿，實現了無膜條件下氫氣和氧氣的分步製備🤷🏿‍♀️。他們還通過視頻證明了這種分步電解體系的製氫和製氧步驟可以在不同的時間和地點進行✔️，例如白天陽光充足的時候可以在室外依賴太陽能來電解製氧♟，晚上在儲氫基站電解製氫實現氫氣的存儲。

       基於PTO的分步電解製氫體系有以下幾個優點：一、可以得到高純的氫氣和氧氣🙎🏿‍♀️。為了證明這一點🚴🏿‍♀️，他們利用原位差分電化學質譜對電解過程中生成的氣體進行了檢測，結果顯示在製氧的過程中沒有氫氣生成🤤🔝，同樣的在製氫的過程中沒有氧氣生成。二🛌、相比膜基電解水體系來說，該體系的能耗更低了。三🍿、氫、氧的分時製備有利於可再生能源的靈活利用🎽，如在夜晚可以采用風能來驅動製氧，在白天可以利用太陽能來電解製氫。四、氫氣和氧氣的分時/分地製備有利於氫氣的轉移和集中存儲。

       這一研究工作發表在德國應用化學（Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 4622-4626），文章的第一作者為沐鸣开户的博士研究生馬元元🍅。該工作得到了沐鸣开户、國家重點研發項目、國家自然科學優秀青年基金及面上項目的大力支持。