2026年6月11日，上海交通大学溥渊未来技术学院邬天择团队联合新加坡南洋理工大学徐梽川院士团队，在国际知名期刊Nature Catalysis发表题为 “Ammonia splitting with electrode alternating for durable hydrogen production” 的研究论文。上海交通大学溥渊未来技术学院邬天择, 新加坡南洋理工大学戴忱澄、张羽葳，天津大学刘远为论文共同第一作者，邬天择与徐梽川院士为共同通讯作者。
氢氢能是构建低碳能源体系的重要方向之一，但氢气在储存、运输和分布式利用方面仍面临成本与安全挑战。氨具有较高氢含量和成熟储运体系，被认为是极具潜力的氢载体。相比传统高温氨热裂解，电化学氨分解可在相对温和条件下进行，有望为分布式绿氢供给提供新路径。然而，氨氧化反应催化剂易被反应中间体和表面氧化过程“毒化”，导致活性快速衰减，长期制约该技术走向实用化。
图1：电极交替策略实现氨氧化反应与催化剂原位再生的耦合
针对这一关键瓶颈，研究团队提出电极交替策略。该策略采用两个相同电极，并使其在电解槽中周期性互换极性：一个电极进行氨氧化反应并生成氮气时，另一个电极在还原电位下同步完成催化剂再生与析氢反应；随后两极角色互换，从而实现连续产氢与原位再生的耦合。与传统间歇式再生方法相比，该策略显著提高了系统时间利用率和运行稳定性。
研究团队进一步结合理论计算与实验验证，系统筛选适配电极交替策略的催化剂。结果表明，理想催化剂不仅需要兼具氨氧化反应和析氢反应活性，还需具备可逆再生、高氧化电位和耐腐蚀能力。综合多项指标，铂催化剂表现出最优的抗氧化失活能力、再生效率和耐氨电解液稳定性，成为该体系的关键催化材料。
在系统优化方面，团队确定了±0.8V、1分钟步长的最佳操作窗口。在该条件下，体系可实现约99%的氢气法拉第效率，并将再生过程所需电荷占比控制在较低水平。进一步构建的膜电极组件原型机可在约2Acm-2的电流密度下稳定运行1000小时，相较已有氨氧化反应体系，在电流密度和运行寿命方面均实现显著提升。技术经济分析显示，该策略有望将氨分解产氢成本降至约1美元kgH2-1，为氨作为分布式绿氢载体的应用提供了可行技术路径。
图2：电极交替策略的长期稳定性验证及氨分解制氢成本评估
该研究为高效稳定的电化学氨分解制氢提供了新方案，也为其他易受催化剂中毒限制的电催化体系提供了可借鉴的电极设计与运行策略。未来，团队将围绕降低贵金属用量、开发高稳定性非贵金属催化剂、优化膜电极组件结构及系统集成等方向继续开展研究，推动电化学氨分解技术向规模化应用迈进。
论文DOI:
https://doi.org/10.1038/s41929-026-01554-3
通讯作者简介
邬天择
上海交通大学溥渊未来技术学院副教授、博士生导师，国家高层次青年人才，上海市高层次青年人才，入选2023年新加坡青年学者研究奖。2021年博士毕业于新加坡南洋理工大学，师从徐梽川院士；2021年至2022年于新加坡科技研究局担任研究科学家；2022年至2026年于新加坡南洋理工大学担任校长荣誉学者。2026年加入上海交通大学溥渊未来技术学院未来零碳系统及技术研究中心，研究方向聚焦电解制氢、自旋增强催化、智能电解系统。
代表作（一作&通讯）：
1. Nature Catalysis, 2026, 10.1038/s41929-026-01554-3.
2. Nature Sustainability, 9, 523–532 (2026).
3. Nature Energy, 10, 435 (2025).
4. Nature Catalysis, 2, 763-772 (2019).
5. Nature Communications, 16, 5601 (2025).
课题组网站：
https://gift.sjtu.edu.cn/ec-zero/
