海水占地球水资源重量的96.5%，是取之不尽、用之不竭的氢能宝库。海域的风、光、潮汐能等可再生能源天然丰沛，更使电解海水制氢技术在规模化应用方面具有先天优势。然而，高能垒、低附加值的阳极反应使电解水技术的能耗成本居高不下，短期内难与化石能源重整、工业副产气制氢等传统技术竞争。海水复杂的化学环境导致的催化剂污染失活、阳极析氯腐蚀等问题，更严重制约了海水电解制氢过程的效率与可持续性。

针对以上瓶颈难题，大连理工大学精细化工国家重点实验室王治宇、邱介山教授在Advanced Materials发表题为“Energy-saving hydrogen production by seawater electrolysis coupling sulfion degradation”的研究论文。通过在全解水反应中解耦高能耗、动力学迟滞、低附加值的阳极析氧半反应，耦合低能垒、高经济/环境效益的硫离子氧化反应，突破水分解反应电压（1.23 V）与电耗（2.94 kWh m^-3 H₂）的理论限制，发展了一种海水电解节能制氢耦合硫污染物降解新技术。在大电流密度（> 300 mA cm^-2）条件下，电解槽能耗大幅降低至2.32 kWh m^-3 H₂，产氢速率为5.34 mol h^–1 g_cat^–1，与碱性电解水技术相比能耗降低 50 – 60 %，碳排放比天然气重整制氢技术降低90 %以上，并可通过商业化太阳能电池驱动实现自供能制氢。引入硫离子阳极氧化反应一方面可将阳极电压降低至1.0 V以下，在高效制氢的同时，彻底避免阳极析氯腐蚀效应，另一方面可以同步将水中硫离子污染物降解转化为高附加值的单质硫，在进一步降低技术成本的同时提高了环境与经济效益，为发展低能耗、高经济性和生态可持续的低碳制氢技术方法提供了新的思路。

图1   海水电解节能制氢耦合硫污染物降解新技术及其与传统制氢技术之能耗与碳排放比较

    上述工作近期发表在材料化学领域一流国际学术期刊Advanced Materials (2022, DOI:10.1002/adma.202109321)，论文第一作者为精细化工国家重点实验室、化工学院硕士生张柳阳。工作得到了国家自然科学基金会、辽宁省科技厅、大连市科技局、大连理工大学的共同资助支持。

文献详情：

Liuyang Zhang, Zhiyu Wang,* and Jieshan Qiu. Energy-saving Hydrogen Production by Seawater Electrolysis Coupling Sulfion Degradation, Advanced Materials, 2022, DOI: 10.1002/adma.202109321

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202109321