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清華張強&唐城ACS Nano綜述：直接/間接海水電解進展！

來源：時間：2023-12-05 17:32:30 瀏覽：3334次

第一作者：Wenjun He

通訊作者：張強教授、唐城副研究員

通訊單位：清華大學

DOI：https://doi.org/10.1021/acsnano.3c08450.

研究背景

將海水電解與沿海太陽能/海上風能相結合，有利于成為基于可再生能源的制氫技術的一個有吸引力的選擇。海水電解分為陰極析氫反應（HER）和陽極析氧反應（OER），伴有陽極析氯反應（CER）中鹵化物的競爭，因此海水電解面臨的主要挑戰是如何避免CER在陽極選擇性地進行OER。在堿性介質中，通過CER形成次氯酸鹽的過電位值小于0.480 V，可避免選擇性OER，而在酸性介質有利于OER。海水電解的另一個主要挑戰是各種可溶性陽離子（Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺等），細菌/微生物和固體雜質/沉淀物的存在，可能會毒害催化劑、電極和膜，縮短電解槽的穩定使用壽命。此外，目前海水淡化的水質不足以直接用于電解槽，需要進一步凈化，成本增加。因此，從實際應用的角度，需要進一步深入研究和技術創新來解決雜質的影響。基于此，清華大學張強教授和唐城副研究員（共同通訊作者）等人報道了以低成本、高效率、長壽命為目標，綜述了低品位海水電解的最新研究進展。從材料工程和系統創新的角度全面討論當前海水直接/間接電解的挑戰、研究成果和設計原則。強調了開發高效穩定的催化劑、先進的膜和集成電解槽的進一步機會，以實現海水和低品位水源的綠色制氫。

文章要點

1、作者從材料工程和系統創新兩方面綜述了加快海水直接/間接電解效率和耐久性的最新進展。無論是直接或間接的海水電解，還是低品位的水電解，在工業相關的電流密度下，開發具有高活性、高選擇性和長期穩定性的電催化劑是前提。

2、在短期內，考慮到先進的技術準備，間接海水電解可能更可行。無論是分離兩步法還是集成電解槽，進一步提高海水凈化技術的效率、提高凈化水平、靈活的規模都至關重要。先進的膜基方法或其他創新設計是實現集成電解槽的長期和高產量性能的先決條件。此外，光伏/風力發電、集成式海水電解槽和燃料電池相結合，對解決近海和偏遠地區的能源和淡水供應問題具有重要意義。

3、盡管在直接或間接的海水電解方面存在挑戰，但隨著對高效和穩定的催化劑、先進的膜和集成電解槽的持續研究和優化有望取得突破。這些海水電解技術的進展也適用于其他低品位水源，如地下水、工業廢水、地表水、污水等，有利于解決缺水和水質問題。

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