發(fā)展可再生能源電解水制氫技術(shù)是實現(xiàn)“碳達峰碳中和”目標的重要途徑之一。全球范圍海洋可再生能源發(fā)展迅猛，至2025年，海上風電裝機總量可達到約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?？稍偕茉聪{需求，原位直接海水電解無需對海水進行處理，有望成為最為行之有效的海水電解技術(shù)路線之一。但相對于以副產(chǎn)物形式制備的灰氫與藍氫，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，在提礦的同時制綠氫，勢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也會附著在陰極表面，阻礙電極與反應物接觸，從而導致電極損傷并提高能耗。

近期，中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所氫能與儲能實驗室陸之毅研究員帶領的電化學環(huán)境催化團隊，基于前期對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展。該團隊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而增加電極表面的吸附水，較完整的水層（氫鍵網(wǎng)絡）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。實驗結(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)定運行超1000小時，并持續(xù)產(chǎn)出高純度、小粒徑的氫氧化鎂（純度>99%）。通過理論模擬和實驗驗證，證實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)濟效益方面的優(yōu)勢，該技術(shù)路線相對于傳統(tǒng)電解海水制氫，經(jīng)濟效益能夠提升約10倍。這項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戴升教授。相關研究得到了國家重點研發(fā)計劃（2023YFB4005100）的支持。

圖1 直接海水電解陰極示意圖

圖2 電化學性能與穩(wěn)定性測試