如何突破碱性电解水阳极铁活性位点的热力学限制？近日，SGO课题组成员在《美国国家科学院院刊》（简称《PNAS》）发表题为“Magnetic field-enhanced alkaline water electrolysis from laboratory to industry”的研究论文。该论文提出磁控外场增强策略，通过调控活性铁离子在阳极界面富集，从而实现动态活性位的“就地补给”并强化碱性电解水制氢过程，在不牺牲设备工程寿命的前提下实现了工况下24.9%的产氢速率提升。该成果由潘垣院士、文劲宇教授指导，SGO课题组方家琨教授团队策划，联合材料科学与工程学院与中石油深圳新能源研究院团队协同完成，实现了跨学科协作与“实验室—工程应用”验证链条的贯通。

面向绿氢的规模化应用，碱性电解水制氢（AWE）凭借技术成熟、成本优势突出而成为当前工业主流路线。但在高电流密度与波动供电工况下，其阳极析氧反应（OER）往往受限于界面传质与活性位点的动态演化。由于热力学限制，在强碱高电位条件下阳极的铁活性位点不可避免地逐步衰减，现有电化学修复策略因此面临持续挑战。尽管提高体相铁离子浓度在动力学上可以提高反应性能，却往往以隔膜与辅助设备腐蚀加剧、寿命风险上升为代价，因而亟需在不提高体相铁离子浓度的前提下实现界面局部铁离子供给增强的调控手段。

为此，研究团队提出以磁场作为外场调控手段，在不抬升电解液体相杂质水平的前提下，通过磁场作用于阳极附近边界层来强化局部传质与离子输运，从而驱动溶解铁离子在阳极界面原位、持续富集，实现对动态活性位点的“就地补给”。在方法上，研究首先在实验室三电极体系中对电化学性能和元素分布进行定量表征，验证磁场对铁相关活性贡献的作用规律；随后构建多物理场耦合模型对“磁场-电场-流场-传质”的协同机理进行定量分析，并给出关键参数的设计参考；最终在工业级碱性电解水制氢装置中完成了磁场的嵌入式设计与应用验证，在1.8 V条件下实现产氢速率提升24.9%，并在工程条件下实现超500 h稳定运行，同时通过系统层面全寿命周期的经济性评估进一步展示其在实际应用中的潜在价值。

上述工作以华中科技大学电气与电子工程学院为第一单位，华中科技大学SGO课题组博士生李浩、毕业生黄丹极博士和博士生钟治垚为论文共同第一作者，华中科技大学SGO课题组方家琨教授、温群磊博士后和材料科学与工程学院刘友文教授为共同通讯作者。

所提磁场增强机制示意图

原文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2522696123

（图/李浩，文/李浩）