目前最先进的制氢技术中，阴极析氢反应（HER）和阳极析氧反应（OER）等电催化水分解是一种利用可再生、可持续的太阳能和风能的环保型制氢技术。但是，阳极处固有的热力学能垒使得必须施加增强的电压来驱动阳极OER，其中电催化水解过程中阳极产生的O2的利用价值较低，且与阴极产生的H2混合易发生爆炸。
基于此，中科院上海硅酸盐研究所施剑林院士和崔香枝研究员（共同通讯作者）等人报道了选择硅氧烷纳米片（siloxene nanosheets, SXNS）作为底物以最大限度地提高Pt位点的活性，并且提出了一种完全不同的Fe2+/Fe3+循环策略来实现高效的H2生产，同时实现节能和阳极电解液的再利用。具体而言，作者引入了Fe2+/Fe3+循环，以与Zn-Fe液流电池中的Zn氧化相结合，以及通过由上游Zn-Fe液流电池供电的水分解来增强H2析出的连续HER。此外，这种Fe2+/Fe3+的氧化还原偶联被进一步用合成催化剂Pt-3@SXNS，用于催化Zn-Fe 液流电池中的Fe3+RR和电化学水分解中的HER/Fe2+OR。通过一种简便的方法成功合成了Pt纳米颗粒（Pt NPs）-分散的SXNS，其中Fe2+作为还原剂以94%的还原率在SXNS上制备了高分散性和超细Pt NPs，从而产生了Fe3+。所获得的Pt-3@SXNS催化剂可作为针对HER、Fe2+OR和Fe3+RR的三功能电催化剂。此外，作者构建了Pt-3@SXNS催化正极Fe3+RR的碱性酸性Zn-Fe液流电池，该电池具有高达1.97 V的开路电压和良好的充放电特性。可逆性超过100 h，用于通过水分解为下一个HER供电。在用于HER的Pt-3@SXNS上实现了24 mV的极低过电位和10 mA cm-2下的出色稳定性。同时，只需要低至0.801 V就能实现50 mA cm-2的流向Fe2+OR的电流密度，从而大大降低了Fe2+OR耦合HER所需的电解槽总电压输入。长期高电流Fe2+OR-偶联HER后产生的电解液含有高浓度的Fe3+，可作为氧化剂再利用合成SXNS，实现电解废水的高效利用，节约成本。总之，这样的Fe2+/Fe3+循环可以在大大降低能耗和废物回收的情况下实现高效的自供电制氢，从而显着降低成本并保护环境。Fe2+/Fe3+ Cycling for Coupling Self-powered Hydrogen Evolution and Preparations of Electrode Catalysts. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202207226.https://doi.org/10.1002/anie.202207226.
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