在“双碳”目标与绿色氢能产业快速发展的背景下，碱性水电解制氢因技术成熟、成本较低等优势，被认为是最具产业化潜力的绿氢制备路线之一。然而，在大电流密度条件下，剧烈气泡析出、局部传质受阻以及催化层脱落等问题，会显著制约电极效率与长期稳定性。构建兼具高活性、高传质效率和高结构稳定性的析氢电极，是推动高效绿氢装备发展的关键。

近日，中国科学院上海高等研究院（以下简称“上海高研院”）能源过程强化工程科学研究团队在碱性大电流密度析氢电极方面取得重要进展。团队围绕“纳米孔氢气限域-气泡管理-多相传质”之间的耦合关系，开发出一种整体式纯镍相电极。该电极通过结构化成型与原位热转化相结合，在保持整体机械强度的同时原位生成活性镍纳米结构，避免了传统喷涂型析氢电极中常见的界面电阻、活性层堵塞和催化剂脱落等问题，为安培级碱性水电解制氢提供了新的电极设计思路。

相关研究成果以 “Reconciling Nanoconfinement and Mass Transport in Capillary-Inspired 3D-Printed Nickel Electrodes for Ampere-Level Hydrogen Evolution” 为题，发表于期刊Applied Catalysis B: Environment and Energy。

图1. 毛细仿生多尺度镍电极的设计理念及碱性析氢工作机制：通过纳米尺度活性调控、微尺度气泡脱附和宏观通道传质协同，实现安培级高效析氢。

机制研究表明，该镍电极的高性能主要来源于活性结构原位生成与气液传质通道优化的协同作用（图1）。原位形成的镍纳米结构可提升析氢活性并增强结构稳定性；同时，研究发现过度纳米孔化会阻碍氢气释放，说明高电流密度析氢电极需在活性位点暴露与气体快速脱附之间取得平衡。进一步引入的毛细仿生微通道可加速气泡输运和电解液补给，从而有效缓解安培级析氢过程中的传质限制。

经过结构优化，所得Ni MCE-1.0电极在碱性析氢反应中展现出优异性能：在1.0 M KOH中，电流密度达到1200 mA cm^-2 时，过电位仅为 225 mV；在 1500 mA cm^-2的超高电流密度下可连续稳定运行超过400小时，电压衰减率低至 0.32 mV h^-1。长时运行后，电极纳米结构和孔道形貌仍保持稳定，体现出良好的安培级碱性制氢应用潜力。

总结而言，该研究面向碱性水电解制氢实际工况，通过整体式纯镍电极的多尺度结构设计，缓解了大电流密度下析氢动力学与物质传递之间的矛盾，揭示了多尺度结构与析氢性能之间的构效关系。该工作不仅为高性能、长寿命碱性析氢电极的开发提供了新策略，也为工业级绿氢装备中电极结构与气液传质协同设计提供了重要参考。

本论文的第一作者是上海高研院博士生范传廷，通讯作者为上海高研院唐志永研究员和张洁研究员。该研究工作得到了国家重点研发计划（2021YFA1500900）、国家自然科学基金（22278418, 22232003）、和壳牌前瞻科学项目（No. PT19253）的共同资助与支持。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2026.127002