膜辅助直接海水分解(DSS)技术为生产绿色氢(H2)提供了绿色和可持续的途径。该技术需要使用支持电解质来提取水和提供加速电化学反应介质，这导致严重的能量损失，增加了操作成本。双极性膜(BPMs)可以在空间上控制离子浓度/通量，并驱动化学物质的解离/形成。
值得注意的是，独特的阳离子交换层(CEL)接触阴离子交换层(AEL)理论上能够通过静电排斥防止跨膜运输的外来阳离子和阴离子，适合海水自我净化而不需要支持电解质。在足够的反向偏压下，CEL/AEL界面驱动快速的水解离过程，可以进一步利用它来创建耦合电化学反应的差异化环境。因此，将BPM的双重功能集成到DSS电解槽，为免除额外的电解质，同时确保沉淀排斥和抗Cl-成为可能。
近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所崔光磊、赵井文和北京化工大学邱介山等提出了一种BPM介导的零间隙电解槽，以实现无电解质的DSS，而不影响操作的耐用性和效率。
研究人员通过将独立的CEM和BPM组件结合，中间有毛细管力驱动的海水供应，实现了从海水中有效地取水，避免了电解过程中有害的离子干扰。更具体地来说，
1.直接贴在阴极上的CEM可以有效地保护HER过程免受Mg2+/Ca2+诱导的沉淀的干扰；
2.粘附在阳极上的BPM通过Donnan排斥海水中的Cl-离子，更重要的是，分别为H2和O2生产创造动力学有利的酸性/碱性环境；
3.在没有任何能量输入和典型的单端浸泡模式下，海水在多孔输送层(PTL)的自发毛细管力下连续注入电解槽。
此外，对PTL内H+离子的时空分布分析表明，通过最小化PTL厚度，可以优化H+离子从BPM到CEM的输运动力学。
以商业Pt和IrO2作为电极，在没有任何化学输入的天然海水中工作时，这种零间隙电解槽在100 mA cm-2的电流密度下，在120小时反应过程中对H2保持近100%的法拉第效率；同时，在此期间没有产生沉淀/氧氯化物。
得益于高完整性的优点，零间隙电解槽可以方便地扩展到实际的电池堆，以及可以用高浓度的盐水作为原料。综上，该项工作通过在海水环境中开发具有优越的选择性/稳定性和高性能的膜，将进一步提高产氢稳定性和能源效率，以应对工业层面可能出现的挑战或需求。
A zero-gap electrolyzer enables supporting electrolyte-free seawater splitting for energy-saving hydrogen production. Angewandte Chemie International Edition, 2025. DOI: 10.1002/anie.202422840