學者綜述混合海水電解制氫研究進展

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近日，松山湖材料實驗室研究員劉利峰團隊系統總結了混合海水電解制氫最近幾年的研究進展。相關論文發表于Advanced Materials。

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幾種常見小分子的陽極理論氧化電位。受訪者供圖

海水電解是一種很有前景且具有較大成本效益的制氫方法。然而，直接海水電解制氫長期以來一直面臨巨大的技術挑戰，主要包括較高的電能需求和陽極析氯反應（CER）的干擾，直接導致了海水電解槽具有較低的能量效率低和較短的工作壽命。因此，迫切需要發展新的電解槽設計來解決這一難題。

混合電解海水制氫是最近一兩年提出的一種新的解決方案。混合海水電解制氫利用在熱動力學上更有利的小分子陽極氧化反應（AOR）或氧化還原介質的電氧化來取代高能耗的析氧反應（OER）。因為AOR的發生電位遠遠低于OER和CER，海水電解即使在較高的電流密度下也不會有析氯副反應的發生，從而解決了海水電解時陽極析氯這一難題。同時，由于AOR的電位比較低，電解海水制氫的電能需求也將大大降低，從而有望大幅削減制氫的成本。更為重要的是，如果使用醇類、醛類或生物質衍生物的陽極氧化來取代OER，在海水制氫的同時，還可以生產具有高附加值的化工品或燃料，進一步增加海水制氫的經濟可行性。

劉利峰團隊于2021年報道了Co-Ni-P/CP雙功能自支撐電極可以實現水合肼氧化輔助的海水電解制氫，在0.533伏的小電壓下可取得500 mA/cm2的大電流密度，而且沒有析氯反應的干擾。他們探索了尿素分子氧化輔助的海水電解制氫，并成功地證明了在無貴金屬催化劑參與的情況下，尿素氧化輔助電解海水制氫可以在500 mA/cm2的大電流密度下連續工作1000小時無明顯的性能衰減，證明了該技術路線在實際中的可行性。

該綜述論文系統總結了混合海水電解制氫目前的研究現狀，包括幾種混合海水制氫的方式及其優缺點以及最新的自驅動混合海水制氫的概念等。同時，綜述對目前混合海水電解制氫中遇到的挑戰及未來應該努力的方向提出了自己的觀點。