据清华大学官网报道，化工系王保国教授团队在碱性膜电解水制氢领域取得突破，提出了有序化膜电极制备的新策略，实现了膜电极在催化层、膜层及催化层/膜层界面上的整体有序化，为高性膜电极的设计与开发提供了新思路。目前的碱性水溶液电解制氢路线存在电流密度400 mA.cm^-2和能量效率较低，电解槽设备庞大，导致建设成本高等问题。王保国团队利用气泡模板法和直接膜沉积技术，制备出基于多孔泡沫金属的整体有序膜电极，其结构特征为：（1）高度多孔的催化层结构；（2）孔结构与气/液扩散层和膜层垂直排列；（3）膜层超薄化（~14μm）和三维相界面。得益于三维有序化膜电极组件（MEA）的整体设计，将碱性水溶液和质子交换膜（PEM）电解水的优点有机结合；在1摩尔的氢氧化钾溶液中，施加2.0V电压时，电流密度达到4200mA cm^-2。团队进一步利用碱性离聚物改善催化层与膜之间的界面特性，实现低成本的过渡金属催化剂及零间隙结构协同设计，使以纯水为介质的电解水过程，在1.9V下的电流密度达到1900mA cm⁻²，比现有碱性电解水增加10倍；在1000A cm^-2电流密度下稳定运行超过600h。在提高电流密度的同时，显著降低电解水能耗，还实现了较长时间运行。上述成果以“碱性电解水用有序化膜电极的整体设计”为题，被该领域国际期刊《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）以封面论文发表。论文第一作者为化工系2019级博士生万磊，通讯作者为王保国教授。