嶗山實驗室在海水制氫領(lǐng)域取得系列研究進展

綠色零碳氫能是未來能源發(fā)展的重要趨勢，是我國推動構(gòu)建人類命運共同體、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的責任擔當。近期，嶗山實驗室唐波研究員團隊在海水制氫領(lǐng)域取得了系列重要研究進展。

針對天然海水直接電解中陰極上鎂鈣（Mg2+/Ca2+）沉淀嚴重，電極活性位點被覆蓋的難題，團隊首次提出基于三維蜂窩電極的微氣泡/沉淀輸運系統(tǒng)，展示了具有高海水還原性能的獨特電極構(gòu)造。為海水電解存在的陰極沉淀問題提出了可靠的解決方案，并揭示了卓越抗沉淀性能的普遍原則（Nat. Commun., 2024, 15, 2950）。團隊進一步探究了陰極抗沉淀的三種潛在策略，展示了從天然海水中共同電合成納米級氫氧化鎂和氫氣的可能性，提出了氫氣生產(chǎn)、氫氣儲存和鎂資源回收的建議工藝（Chem, 2024, DOI: 10.1016/j.chempr.2024.05.018）。

解決了陰極沉淀，海水直接電解還面臨海水中氯離子侵蝕陽極、引發(fā)大量副反應(yīng)導(dǎo)致的陽極催化效率低、穩(wěn)定性差的困擾。針對這一難題，團隊發(fā)展了C2O42?到CO32?的原位碳氧陰離子自轉(zhuǎn)化（COST）策略，有效保護活性位點免受堿性海水氧化過程中Cl?侵蝕，實現(xiàn)長久、安培級堿性海水電解（Angew. Chem. Int. Ed., 2024, 63, e202316522）；通過構(gòu)筑高分散的微結(jié)構(gòu)鉻氧化物和鉻陰離子穩(wěn)定NiFe位點，利用均勻分布的OH?富集中心和抗Cl?吸附中心，從根本上提高了NiFe基電極堿性海水OER的活性、選擇性和化學穩(wěn)定性，實現(xiàn)了安培級電流密度下穩(wěn)定電解海水2500h。（Nat. Commun., 2024, 15, 6624）。團隊還提出電極保護外層策略來提高鎳電極在苛刻條件下的使用壽命，使其在低pH溶液中以安培級電流密度進行交替電解長達93.8小時，使用壽命是傳統(tǒng)水電解系統(tǒng)中鎳電極的47倍。該工作有效證明了通過有效、重復(fù)的沉積-溶解過程在工程化苛刻電解條件進行長時間電解的可能性（Nat. Commun., 2024, 15, 6208）。

圖1 基于eNSR活性和抗沉淀三維電極結(jié)構(gòu)的高效微輸運系統(tǒng)

圖2 天然海水中共同電合成納米級氫氧化鎂和氫氣

圖3 原位碳氧陰離子自轉(zhuǎn)化策略用于堿性海水氧化

圖4 基于均勻分布OH-富集中心和抗Cl-吸附中心實現(xiàn)高效穩(wěn)定海水氧化

圖5 水交替電解系統(tǒng)