近年来，氢气的提纯技术取得了突破性进展，仅需0.3伏的电压即可使氢气提纯效率提高三倍，成功将稀氢浓缩为纯氢。脱氢反应在燃料加工、化学合成以及氢的储存和运输中具有重要作用，但大多数脱氢反应具有强烈的吸热特性，且产物氢气（H₂）会显著抑制反应进程，导致中等温度下的转化率偏低。以往的策略是将催化剂和氢选择性膜（例如钯基膜）相结合，通过氢分压差实现氢气的原位移除，如此可推动反应平衡的移动。然而，这种方法常常面临氢通量不足、机械强度不理想以及氢气回收分压偏低等问题。尽管钯基膜在氢的渗透性、选择性及化学热的稳定性方面表现优越，但在高氢环境下，其表面氢原子聚合为氢分子的过程较慢，从而限制了分离效率。因此，急需一种新的驱动机制来解决这些瓶颈。

为应对这些挑战，美国麻省理工学院的Yogesh Surendranath教授和曾瑞教授（现已加入哈工大（深圳），并将在2025年入选国家级高层次人才项目）创新性地提出了一种电化学辅助的氢分离方法。他们将氢选择性钯基膜用作熔融氢氧化物电解池的阳极，并结合析氢阴极，创建了一个可以在脱氢反应温度（超过200°C）下运作的电化学系统。此设计利用阳极电位促使氢原子在膜内迅速渗透并转化为质子，省略了传统方法中缓慢的氢聚合步骤。研究结果表明，仅需约0.3 V的低阳极过电位，就能实现氢的高效跨膜传输。在300°C下，这种电化学方法使氢分离速率较常规压力驱动过程提高了4倍，能够将0.05 atm的稀氢气流（平衡气为氩气）直接浓缩至1 atm的纯氢。当将该阳极与脱氢催化剂结合后，在250°C的条件下，氨和甲基环己烷的转化率分别达到了91%和94%。这一研究为通过电化学手段促进特定脱氢反应提供了有力的理论支持。相关研究成果已发表于最新一期的《Nature》期刊，题为“Anodic Pd membrane H2 extraction enhances thermochemical dehydrogenation”。

为了验证中温下电化学驱动氢气的可行性，研究团队搭建了模型熔融氢氧化物钯膜电解池（图1a）。他们首先研究了钯膜电极的开路电位（OCP）与气相氢分压之间的关系。在300°C下，OCP与氢分压变化的斜率为-57.7 mV dec⁻¹，与理论预测值（-56.9 mV dec⁻¹）高度一致，显示出钯电极在熔融电解质中可逆进行质子耦合电子转移。接着，通过线性扫描伏安法（LSV）分析了钯氢氧化反应。在300°C、氢分压为0.01 atm时，电位的正移使电流密度快速上升并趋向平台，表明因钯氢输运限制而产生的特征。氢分压上升至0.05 atm时，极限电流密度可达355 mA cm⁻²。对比不同厚度（25 μm与100 μm）的钯箔，发现厚度增加导致极限电流密度下降，证明了膜内氢输运为速率限制步骤。相比纯钯，氢渗透性更高的钯银合金膜使极限电流提升了40%。而在与传统压力驱动的氢通量对比中，电化学驱动下的氢通量显著高达>16 mmol s⁻¹ m⁻²，是压力驱动的三倍多。当原料侧氢分压降至0.01 atm时，这一优势扩大至5倍。量化数据显示，该系统不仅将氢渗透速率从0.27 sccm提升至1.10 sccm，还可实现从0.05 atm浓缩至1 atm，法拉第效率接近100%。这些结果说明，该系统能够高效提取并浓缩稀氢气体，为氢气受限的脱氢反应提供了强有力的支持。

在氨脱氢方面，研究团队将Ru-Cs/CNTs催化剂集成至热化学反应中，以评估电化学提氢对氨分解反应的影响。在200°C时，极限电流密度为60 mA cm⁻²，氢提取速率为0.21 sccm；而温度升至250°C后，极限电流密度显著增至275 mA cm⁻²。使用钯银膜后，电流甚至可提升至450 mA cm⁻²。在250°C、氨流速为0.5 sccm时，电化学泵浦（HP）的总产氢速率在开路电位下为0.12 sccm时提升至0.59 sccm（钯膜）和0.62 sccm（钯银膜），增强超过500%。相应的氨转化率分别达到78.1%和83.3%，分离率超过99%。相较之下，压力驱动法效果明显逊色。