發(fā)展可再生能源電解水制氫技術(shù)是實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰碳中和”目標(biāo)的重要途徑之一。全球范圍海洋可再生能源發(fā)展迅猛，至2025年，海上風(fēng)電裝機(jī)總量可達(dá)到約100 GW。海水電解以低成本（2-3美元/kg H2）的可再生氫制取，有望解決深遠(yuǎn)?？稍偕茉聪{需求，原位直接海水電解無需對(duì)海水進(jìn)行處理，有望成為最為行之有效的海水電解技術(shù)路線之一。但相對(duì)于以副產(chǎn)物形式制備的灰氫與藍(lán)氫，電解海水制綠氫的成本仍居高不下，如果能夠有效利用海水中的大量礦產(chǎn)資源，在提礦的同時(shí)制綠氫，勢(shì)必能夠大幅度降低綠氫制取成本。但是海水中大量的鎂鈣離子在氫氧化物被提取出的同時(shí)也會(huì)附著在陰極表面，阻礙電極與反應(yīng)物接觸，從而導(dǎo)致電極損傷并提高能耗。

近期，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所氫能與儲(chǔ)能實(shí)驗(yàn)室陸之毅研究員帶領(lǐng)的電化學(xué)環(huán)境催化團(tuán)隊(duì)，基于前期對(duì)堿性海水電解的研究（Angew. Chem. Int. Edit. 2021, 60, 22740; Nat. Commun. 2023, 14, 4822; Adv. Mater. 2023, 2306062; Adv. Funct. Mater. 2023, 2302263），在天然海水直接電解制氫研究方面取得了新的進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)受前期超疏氣電極研究的啟發(fā)，提出了一種疏固策略，通過提升電極材料表面能進(jìn)而增加電極表面的吸附水，較完整的水層（氫鍵網(wǎng)絡(luò)）使得鎂離子難以穿越到電極表面發(fā)生非均相成核，這使得電極表面獲得了疏固的特性，有效緩解了電極表面的結(jié)垢問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，具有高表面能的鎳銅合金電極（NiCu alloy）能夠在富含鎂鈣離子的溶液（10倍海水鈣鎂離子濃度）中穩(wěn)定運(yùn)行超1000小時(shí)，并持續(xù)產(chǎn)出高純度、小粒徑的氫氧化鎂（純度>99%）。通過理論模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證實(shí)了電極表面的吸附水可有效阻礙鎂離子穿越到電極表面發(fā)生非均相成核。此外，基于氫氣、氫氧化鎂雙產(chǎn)物經(jīng)濟(jì)效益方面的優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)路線相對(duì)于傳統(tǒng)電解海水制氫，經(jīng)濟(jì)效益能夠提升約10倍。這項(xiàng)研究解決了天然海水直接電解制氫技術(shù)中的重要問題，提出了一條天然海水直接電解制氫的新路線，將大大加快海水提鎂制氫技術(shù)在工業(yè)規(guī)模上的商業(yè)化進(jìn)程。

這一工作以”Solidophobic Surface for Electrochemical Extraction of High-Valued Mg(OH)2 Coupled with H2 Production from Seawater”為題發(fā)表在國(guó)際知名期刊Nano letters上(DOI：10.1021/acs.nanolett.4c01484)， 論文通訊作者為寧波材料所陸之毅研究員與華東理工大學(xué)戴升教授。相關(guān)研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2023YFB4005100）的支持。

圖1 直接海水電解陰極示意圖

圖2 電化學(xué)性能與穩(wěn)定性測(cè)試