電解水生産綠色氫燃料對可再生能源的未來至關重要。目前，成熟的低溫水電解技術，無論是堿性電解槽還是質子交換膜基電解槽，都采用高純水作爲原料。如果在不久的将來使用電解水來生産世界上絕大多數的能源，可能會出現淡水資源的短缺。
相比之下，海水占地球水儲量的 96.5%，是一種幾乎無限的資源，也可以視爲天然的電解質原料。然而，由于天然海水成分複雜，存在電極副反應以及海水相關的材料腐蝕，直接分解海水的技術仍處于起步階段。如果想電解海水制氫，對于傳統的電解器，就必須事先進行淡化及其他純化處理，工藝的運行和維護成本都會大大增加。
近日，一篇發表于 Nature Energy 的研究表明，在無需預處理的情況下，研究人員就能夠直接電解海水生産綠色氫燃料。研究團隊由阿德萊德大學化學工程學院的喬世璋教授、鄭堯副教授以及天津大學化工學院的淩濤教授帶領。
文獻截圖
他們使用一種廉價的非貴金屬催化劑——表面帶有氧化鉻（Cr2O3）的氧化钴（CoO），能夠以近 100% 的效率将天然海水電解爲氧氣和氫氣。
鄭堯副教授介紹說：" 我們使用海水作爲原料，不需要任何類似反滲透脫鹽、淨化或堿化的預處理，就能夠電解制氫。對于一般的商業電解裝置，我們的催化劑在海水中運行的性能，接近于現有的高純水原料中運行的鉑 / 銥貴金屬催化劑性能。"
研究團隊在一系列常見的催化劑上引入了路易斯酸層，控制其局部反應微環境，直接進行海水電解。這是一種通用策略，可以應用于不同的催化劑，無需專門設計催化劑和電解槽。這種 Cr2O3 改性催化劑在局部堿性環境上原位生成，活性顯著提高，同時避免形成有害含氯物質以及沉澱物。
帶 Cr2O3 改性催化劑的流動式海水電解槽在 500 mA · cm-2 下提供長達 100 小時的良好穩定性，并在 1.87 V 和 60 ° C 條件下表現出 1.0 A · cm − 2 電流密度，滿足工業生産需要。該團隊今後将緻力于将該催化劑應用于更大的電解槽中，來擴大該系統的規模，以便滿足實際的工業生産，如氫燃料電池和合成氨工業等。
參考文獻
[ 1 ] Guo, J., Zheng, Y., Hu, Z. et al. Direct seawater electrolysis by adjusting the local reaction environment of a catalyst. Nat Energy ( 2023 ) . https://doi.org/10.1038/s41560-023-01195-x
[ 2 ] https://www.eurekalert.org/news-releases/978337
編譯：竹子
