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氢作为高效低碳的能源载体 ， 绿色清洁的工业原料 ， 在交通、工业、建筑、电力等多领域拥有丰富的应用场景 ， 成为了21世纪人类可持续发展最具潜力的二次清洁能源 。
氢能作为新一代清洁能源 ， 电解水制备绿氢是一种绿色且高效的方法 。 但是目前几乎所有的体系都使用淡水资源作为电解液 ， 全球淡水资源极其有限 ， 仅占总水量的3.5%左右 ， 这无疑加剧了淡水资源短缺问题 。
与此同时 ， 全球海水资源丰富 ， 如果直接电解海水产生氢气 ， 其作为燃料又可产生高纯度淡水 ， 可同时实现海水净化和产氢的双重目的 。
与淡水不同 ， 海水成分非常复杂 ， 涉及的化学物质及元素有92种 。 海水中所含有的大量离子、微生物和颗粒等杂质 ， 会导致制取氢气时产生副反应竞争、催化剂失活、隔膜堵塞等问题 。
针对海水直接电解制氢的难题 ， 2022年11月30日 ， 谢和平院士与他指导的深圳大学/四川大学博士团队以深圳大学为第一单位在Nature上发表了题为\"A membrane-based seawater electrolyser for hydrogen generation\"的研究成果 。 该研究首次从物理力学与电化学相结合的全新思路 ， 开创了相变迁移驱动的海水无淡化原位直接电解制氢全新原理与技术 ， 彻底隔绝海水离子的同时 ， 实现了无淡化过程、无副反应、无额外能耗的高效海水原位直接电解制氢技术突破(即把海水当纯净水用 ， 在海水里直接原位电解制氢) ， 破解了困扰该领域长达半世纪的难题 。
Nature评审专家评述该成果：“很少有论文能够令人信服地从海水中实现规模化稳定制氢 ， 但该论文的工作恰恰做到了这一点 。 他们完美地解决了有害腐蚀性这一长期困扰海水制氢领域的问题 ， 将打开低成本燃料生产的大门 ， 有望推动变革走向更可持续的世界！”
《Nature》审稿人对该研究给予的高度评价：“这项工作提供了一种有吸引力的策略 ， 可以将非饮用水用于社会和生态中可持续燃料的生产 ， 我认为这是一个重大突破！”
01海水制氢技术发展现状海水占地球全部水量的96.5％ ， 与淡水不同 ， 其成分非常复杂 ， 涉及的化学物质及元素有92种 。 海水的盐度大约为35‰ ， 其中钠、镁、钙、钾、氯、硫酸离子占海水总含盐量的99％以上 。 海水中所含有的大量离子、微生物和颗粒等 ， 会导致制取氢气时产生副反应竞争、催化剂失活、隔膜堵塞等问题 。 为此 ， 以海水为原料制氢形成了海水直接制氢和间接制氢两种不同的技术路线 。 其中 ， 海水间接制氢本质上是淡水制氢 ， 淡水电解制氢已商业化 ， 目前海水制氢的国内外示范项目中 ， 实质也是海水淡化后电解制氢技术 ， 再利用海上风能和太阳能将水分解成氢气和氧气 。
海水直接制氢的路线则主要通过光解水制氢或电解水制氢方式制取 。 光解制氢是在光的作用下 ， 直接将光能转化为化学能 ， 其本质是半导体材料的光电效应 。 由于海水的成分复杂和缺乏高效的催化剂 ， 光解制氢还停留在机理探索和早期试验阶段 ， 直接利用海水光解制氢的研究并不多 ， 研究主要围绕催化剂、助催化剂、牺牲剂、光源、海水的影响等开展 。
在海水直接电解制氢方面 ， 半个世纪以来 ， 美国斯坦福大学、法国国家科学研究中心、澳大利亚阿德莱德大学、中国科学院等国内外知名研究团队通过催化剂工程、膜材料科学等手段进行了大量探索研究 ， 旨在破解海水直接电解制氢面临的析氯副反应、钙镁沉淀、催化剂失活等难题 。 然而一直未有突破性的理论与原理彻底避免海水复杂组分对电解制氢的影响 ， 可规模化的高效稳定海水直接电解制氢原理与技术仍是世界空白 。
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