近日，我校“氢能绿色制造与利用”关键核心技术集成攻关大平台杨强教授、刘博副教授团队联合南方科技大学谭唤书助理教授团队，在高电流密度电解水制氢两相流及气泡调控领域取得新进展，得到美国科学促进会EurekAlert等多家海外科技新闻平台关注报道。该成果以“Coalescence-induced late departure of bubbles improves water electrolysis efficiency”为题发表于国产期刊eScience（影响因子IF：52.9）上，并被遴选为该刊2026年第6卷第4期正封面文章。
图1 论文入选eScience 2026年第6卷第4期封面文章。封面以电极表面气泡聚并与离子输运为核心意象，展现高电流密度下气泡聚并促进界面更新和传质强化的过程
绿氢是支撑化工、交通、钢铁等行业深度脱碳的重要能源载体，降低电解水制氢能耗是推动绿氢规模化应用的关键。电解水过程中，电极表面会持续产生大量氢气泡，这些气泡会遮挡电极活性位点、增加传质阻力并降低电解效率。长期以来，领域内普遍认为气泡应当“越小越早脱附越好”。围绕这一认识，已有大量研究集中电极润湿性调控、微纳结构设计和外场强化脱附等方向，以实现气泡从电极表面尽早脱离。
该研究突破了电解水气泡管理中“小气泡、早脱附更有利”的传统认知。团队发现，在高电流密度条件下，电极表面会形成大量微细气泡，这些微细气泡才是真正遮挡反应位点、降低电解效率的关键因素。通过强化气泡聚并，形成较大的脱离气泡能够捕获并带走表面微细气泡，进而快速释放活性位点、更新反应界面并提升传质效率。实验结果表明，易聚并体系虽产生更大的脱离气泡，却表现出更高的析氢效率；在酸性和碱性介质中，促进气泡聚并最高可减少约30%的能量损失。
图2 图文摘要：促进气泡聚并可清除电极表面微气泡、强化近壁传质传热，并提升水电解效率
进一步地，团队提出了“聚并诱导延迟脱附促进电解效率提升”的新机制。研究发现，刚脱离电极的大气泡会在界面附近短暂停留，并不断捕获、带走表面微气泡，从而释放被遮挡的活性位点；同时，气泡聚并会诱发强烈局部流动，强化电极附近的传质传热过程。该发现对碱性水电解具有重要启发意义。当前工业电解水制氢大量采用NaOH、KOH等碱性电解液，而这类电解液会天然抑制气泡聚并，这可能是碱性水电解效率受限的一个长期被忽视因素。为验证主动促进聚并的可行性，研究团队在NaOH体系中引入超疏水聚苯乙烯微粒，促进气泡间液膜破裂和气泡聚并。在高电流条件下，该策略可降低电解电位，并获得约 2%—6% 的效率提升，证明气泡聚并调控可从基础科学机制进一步转化为可操作的电解液设计策略。相关成果不仅为碱性水电解、海水电解等绿氢制备技术提供了新的气泡调控思路，也为氯碱工业等其他析气电化学过程中的界面强化和能效提升提供了重要参考。
华东理工大学博士研究生吴涛、刘博副教授为论文共同第一作者；杨强教授、刘博副教授和南方科技大学谭唤书助理教授为论文共同通讯作者；华东理工大学为第一完成单位。该研究得到“氢能绿色制造与利用”关键核心技术集成攻关大平台和国家自然科学基金等项目支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.esci.2025.100472
