直接电解海水制氢技术的挑战与进展

摘要

在“双碳”背景下，采用水电解技术制备绿色可持续的氢能源来替代化石能源逐渐成为研究热点．目前，成熟的电解制氢技术均以纯水为原料．但是，由于淡水资源危机的加剧，直接电解海水制氢成为很有前景的替代方案．然而，由于海水自身的特性，如低电导率及复杂的盐分组成，导致了电极腐蚀、催化剂中毒、活性位点阻塞等问题，大大增加了直接电解海水制氢的难度．因此，本文针对直接电解海水制氢技术面临的挑战进行了深入探讨，并系统梳理了近期报道中提出的解决策略与工作进展．首先，阐述了通过掺杂改性、缺陷构造以及界面工程等手段优化电催化剂性能的方法，旨在提升催化剂的活性和选择性，使其在低电导率的环境中仍能高效催化析氢和析氧反应．其次，讨论了在电极表面构建耐腐蚀层或离子阻挡层的技术，以有效抵御海水中的腐蚀性离子对电极材料的侵蚀，以延长其使用寿命．此外，还介绍了通过设计特定的电极结构，创造出有利于电化学反应局部环境的方案，促进离子传输并抑制竞争反应的发生．这些工作揭示了通过合理设计电催化剂、优化电极结构和构建有效的防护层，有望克服海水特性所带来的催化障碍，推动直接电解海水制氢技术向商业化迈进．本文最后对该领域的发展前景进行了分析和展望，以期为直接电解海水制氢催化剂的设计提供参考，为全球能源转型和“双碳”目标的达成提供有力支撑．

关键词

天然海水电解 / 析氢反应 / 析氧反应 / 电催化剂

基金资助

天津市自然科学基金资助项目(22JCQNJC01160); 国家自然科学基金资助项目(52273272)