耿震，应芝，郑晓园，高立，杨景洋，豆斌林

（上海理工大学能源与动力工程学院，上海市动力工程多相流动与传热重点实验室，上海 200093）

氢能被认为是一个极具前景的能源载体，能量密度高且对环境无污染[1]。目前大规模制氢方法是天然气水蒸气重整和煤炭气化[2]，这些生产工艺条件苛刻且会释放大量的温室气体，威胁环境和人类健康。水电解制氢步骤简单、环保且能生产高纯度氢[3-4]，但其主要缺陷在于能耗高，1m3H2为4.5～5kW·h，尤其是缓慢的阳极析氧反应（OER），造成大量能量损失。

近年来提出了用其他易氧化物质的氧化替代OER[5-8]。其中碳基燃料因其氧化电位远小于析氧电位，且来源丰富，被认为是辅助水电解制氢的良好原料[9]。该方法被称为碳辅助水电解制氢（CAWE），反应如式(1)～式(3)[10]。

理论上，标准状态下的CAWE 平衡电势为0.21V，约为正常水电解（E=1.23V）的1/6，这意味着CAWE 消耗的化学能有5/6 来源于碳。除此以外，CAWE也被认为是碳在环境或近环境温度下的一种电化学气化，可以将碳的化学能完全转化为H2的化学能，因此能显著降低能耗[11]。

Coughlin 和Farooque[12]首次提出了CAWE，采用煤粉与硫酸混合制备的煤浆作为电解质，发现H2的析出需要0.9V 的电压。后续研究表明，煤中的Fe2+/Fe3+在阳极与煤颗粒之间起催化作用，从而加速了CAWE[13-14]。研究者们还发现，从煤到氢的连续能量转换是困难的，这是因为这些离子形成了稳定的含铁固体[15]。对煤以外的碳材料应用于CAWE中的报道较少，对比石墨、碳纳米管、活性炭和煤[16]，其中高比表面积活性炭产氢率最高。……