科学通报 | 南京大学李朝升教授团队撰写评述文章：电解海水制氢的挑战、策略与未来

大规模利用可再生能源电解水制备“绿氢”是实现“双碳”目标，乃至构建可持续社会的重要保障。使用海水等低品质水作为原料进行电解制备绿氢引起了广泛的研究兴趣。但海水成分复杂，对电解系统的耐久性造成了严重挑战，阻碍了该技术的实际应用，甚至引发了对其经济可行性的担忧与争论。

南京大学李朝升教授团队撰写评述文章，从电解海水的应用优势和原理入手：

• 总结了目前海水分解所面临的一些挑战，包括阳极竞争反应、卤素离子的腐蚀作用、原位沉淀堵塞活性位点、生物污染问题等。

• 对海水电解高选择性、高稳定性的OER电催化剂的设计策略进行了介绍，包括优化OER反应能垒、创造更多活性位点、缺陷工程及设计与构建排斥Cl−的保护层等。

• 介绍了有前途的海水分解电解槽的设计策略。

• 对电解海水制氢的未来发展前景与趋势进行了预测和展望。

图文导读

图1利用海水和可再生电力制氢的三种途径. 途径1：直接海水电解制氢. 途径2：两步法，对海水进行预处理后再电解制氢. 途径3 ：光电催化分解海水制氢

图2(海)水分解原理及挑战. (a) 电催化水分解示意图. (b) OER在电极表面的AEM机制. (c) OER反应物及中间物种的吉布斯自由能与反应坐标的关系图. (d) 模拟海水模型的Pourbaix图. (e) 目前海水电解阳极和阴极的挑战

图3海水分解阳极电催化剂. (a, b) GDY/RhOx/GDY电极的模型. (c) Lewis酸修饰阳极促进局部碱性微环境生成示意图. (d) CoFe-Ci@GQDs/NF抵抗海水中Cl−腐蚀示意图. (e) CoFe-Ci@GQDs/NF在碱性模拟海水中2800 h的稳定性测试. (f) 测定的OH−浓度和抵抗Cl−所需的过量OH−的理论浓度. (g) 不同放大倍数下泡沫镍和S-(Ni,Fe)OOH的SEM图像. (h) Ni2Pv, Fe-Ni2P和Fe-Ni2Pv的Bader电荷数. (i) Fe掺杂和P空位调节中间物种结合强度. (j) 计算Ni2Pv, Fe-Ni2P和Fe-Ni2Pv的Ni 3d的PDOS

图4阳极耦合无氯反应催化剂 . (a) 钴基电催化剂在低于 1.0 V 的电池电压下 , 海水制氢与 SOR 耦合制氢示意图 . (b) 不同电解质下 CoO@C/MXene/NF 的 HER 、 SOR 和 OER. (c) 阳极电解液在 100 mA cm−2 下稀释 250 倍的紫外可见光谱，插图显示了相应的阳极电解液照片 . (d) 不同电解质下 NiCo@C/MXene/CF 的 HER 与 HzOR 或 OER 的电压差 (ΔV). (e) 以中性或碱性海水为阴极电解液时， HSE 的 LSV 曲线 . (f) HSE 在节能和无氯制氢方面优于 ASE 的优点 . (g) 无缓冲海水中 Ti4O7 和 Fe-Ti4O7 阳极的 LSV 极化曲线 . (h) Ti4O7 、 Fe-Ti4O7 和 涂层钛阳极（ DSA ）的 法拉第效率 . (i) Fe-Ti4O7 阳极介导的海水电解示意图

图5电解(海)水制氢装置.(a) 电解水的四种主要电解槽配置. (b) 放大SES的示意图. (c) 在250 mA cm−2的恒定电流密度下对放大的SES进行电解耐久性测试

文章信息

范容莉, 赵敏跃, 邹志刚, 李朝升. 电解海水制氢的挑战、策略与未来. 科学通报, 2025, 70(18): 2933–2946

Fan R L, Zhao M Y, Zou Z G, Li Z S. Hydrogen production from seawater electrolysis: Challenges, strategies and future (in Chinese). Chin Sci Bull, 2025, 70(18): 2933–2946

doi: 10.1360/TB-2024-0500

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