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　　2024年10月15日，謝(xie)(xie)和(he)平(ping)院(yuan)(yuan)士團隊以深圳大學(xue)(xue)和(he)四川大學(xue)(xue)共(gong)建的深地工(gong)程智能建造與安全運維全國重點實驗(yan)室為第(di)一(yi)單位，在(zai)Nature Communications上發表題為“Redox-mediateddecoupledseawaterdirectsplitting for H2production”的研(yan)究(jiu)成果。這(zhe)是謝(xie)(xie)和(he)平(ping)院(yuan)(yuan)士繼(ji)海水直接電解制氫(qing)Nature正刊后，在(zai)該領域的第(di)二篇Nature子刊。

　　不同(tong)于(yu)2022年11月謝和(he)(he)平院士團隊Nature正刊上提(ti)出(chu)(chu)的(de)相變遷移海(hai)(hai)水(shui)(shui)直(zhi)接(jie)電解(jie)(jie)(jie)制氫顛覆(fu)性(xing)原(yuan)理(li)技(ji)術(shu)，該研(yan)究(jiu)(jiu)是謝和(he)(he)平院士團隊圍繞(rao)海(hai)(hai)水(shui)(shui)中(zhong)的(de)氯(lv)離(li)(li)子(zi)引發(fa)副反(fan)應(ying)和(he)(he)電極腐蝕現(xian)象，提(ti)出(chu)(chu)的(de)另(ling)一種新(xin)的(de)解(jie)(jie)(jie)耦式海(hai)(hai)水(shui)(shui)直(zhi)接(jie)電解(jie)(jie)(jie)制氫策(ce)略。論文(wen)系統(tong)研(yan)究(jiu)(jiu)了鐵(tie)氰酸(suan)(suan)根(gen)(gen)/亞鐵(tie)氰酸(suan)(suan)根(gen)(gen)電對([Fe(CN)6]3?/4?)在真(zhen)實海(hai)(hai)水(shui)(shui)體系下(xia)可(ke)逆(ni)氧化還原(yuan)特性(xing)，探明了電解(jie)(jie)(jie)系統(tong)陰極析氫反(fan)應(ying)與(yu)陽(yang)極亞鐵(tie)氰酸(suan)(suan)根(gen)(gen)氧化反(fan)應(ying)的(de)高效性(xing)，厘清了解(jie)(jie)(jie)耦體系下(xia)氧氣自發(fa)穩(wen)定產出(chu)(chu)的(de)反(fan)應(ying)機(ji)理(li)，實現(xian)了全新(xin)系統(tong)在真(zhen)實海(hai)(hai)水(shui)(shui)環境下(xia)250小時(shi)的(de)長時(shi)間穩(wen)定。該項原(yuan)理(li)技(ji)術(shu)巧(qiao)妙規(gui)避(bi)了海(hai)(hai)水(shui)(shui)中(zhong)氯(lv)離(li)(li)子(zi)對電解(jie)(jie)(jie)制氫反(fan)應(ying)的(de)干擾，充分驗證了解(jie)(jie)(jie)耦式海(hai)(hai)水(shui)(shui)直(zhi)接(jie)電解(jie)(jie)(jie)制氫系統(tong)在復雜海(hai)(hai)水(shui)(shui)環境下(xia)的(de)抗腐蝕性(xing)與(yu)對氯(lv)離(li)(li)子(zi)副反(fan)應(ying)的(de)應(ying)用潛力，將(jiang)有助于(yu)豐富和(he)(he)進一步(bu)構建破(po)解(jie)(jie)(jie)海(hai)(hai)水(shui)(shui)復雜成(cheng)分影響的(de)海(hai)(hai)水(shui)(shui)電解(jie)(jie)(jie)制氫理(li)論體系和(he)(he)技(ji)術(shu)框架。

圖一：解耦式(shi)海(hai)水直(zhi)接電解制氫策(ce)略

　　該研究(jiu)針對(dui)海水制氫中(zhong)最棘手的氯離子干(gan)擾難(nan)題(ti)，引入氧化(hua)還(huan)原介(jie)導的解耦(ou)策略(lve)，利(li)用兼具熱力(li)學(xue)和動力(li)學(xue)優勢的陽極反應，巧妙(miao)規避了傳統電(dian)(dian)解水制氫過(guo)程中(zhong)析氧反應與氯離子反應的直接競爭，大幅降(jiang)低了電(dian)(dian)化(hua)學(xue)腐蝕(shi)。在(zai)該研究(jiu)中(zhong)，[Fe(CN)6]3?/4?電(dian)(dian)對(dui)在(zai)在(zai)海水中(zhong)不僅保持了優異(yi)的可逆氧化(hua)還(huan)原動力(li)學(xue)特性，而且(qie)在(zai)200 mA cm?2的接近(jin)工業級電(dian)(dian)流密度下實現了超(chao)過(guo)250小時(shi)的長時(shi)間(jian)穩定(ding)運行。

圖二(er)：Fe(CN)6]3?/4?電(dian)對在(zai)海水中的氧化還(huan)原(yuan)性能

圖三(san)：解耦式海水直(zhi)接(jie)電(dian)解制氫(qing)(qing)系統及電(dian)解制氫(qing)(qing)效果

　　海(hai)水(shui)電解(jie)制(zhi)氫(qing)(qing)是(shi)未來能源體系的重要發展(zhan)路徑。傳統海(hai)水(shui)間(jian)接制(zhi)氫(qing)(qing)技術先(xian)淡(dan)化后制(zhi)氫(qing)(qing)，依賴復雜的海(hai)水(shui)淡(dan)化工藝和(he)設備，占(zhan)用面積大(da)(da)、投(tou)資成(cheng)本和(he)工程難(nan)度高。自20世紀70年代初期，科學(xue)(xue)界便開始探索海(hai)水(shui)直接電解(jie)制(zhi)氫(qing)(qing)的可能性。在(zai)過去幾十年中(zhong)(zhong)(zhong)，包括美國(guo)斯坦(tan)福大(da)(da)學(xue)(xue)、法國(guo)國(guo)家(jia)科學(xue)(xue)研(yan)究中(zhong)(zhong)(zhong)心、澳大(da)(da)利亞阿德萊德大(da)(da)學(xue)(xue)、中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)科學(xue)(xue)院在(zai)內的多個國(guo)際知(zhi)名研(yan)究機構，通過催化劑設計、膜材料(liao)科學(xue)(xue)等策略(lve)，對海(hai)水(shui)直接電解(jie)制(zhi)氫(qing)(qing)中(zhong)(zhong)(zhong)的氯離子(zi)干擾、鈣鎂鹽沉淀以及催化劑失(shi)活等關鍵難(nan)題進行了深入研(yan)究。

　　2022年11月，謝和(he)(he)平院士團隊通過將分子擴散、界(jie)面相(xiang)平衡等物理力學(xue)過程與電(dian)(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)學(xue)反應結合(he)，創新(xin)提出了(le)(le)相(xiang)變遷移海(hai)(hai)水(shui)直接(jie)(jie)電(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)制(zhi)(zhi)氫全新(xin)路(lu)徑(jing)，從根本(ben)上破解(jie)(jie)了(le)(le)海(hai)(hai)水(shui)直接(jie)(jie)電(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)制(zhi)(zhi)氫的難點和(he)(he)瓶(ping)頸，成果發表于Nature(Nature, 2022, 612(7941): 673-678)，并入選“2022年度中國科(ke)學(xue)十大進展”。2023年5月，謝和(he)(he)平院士團隊與東(dong)方電(dian)(dian)(dian)氣集團聯合(he)開發了(le)(le)漂浮式制(zhi)(zhi)氫系統“東(dong)福(fu)一號”，在(zai)3～8級大風、0.3～0.9米海(hai)(hai)浪(lang)條(tiao)件(jian)下穩定運(yun)行，打造了(le)(le)全球(qiu)首(shou)(shou)個海(hai)(hai)上風電(dian)(dian)(dian)海(hai)(hai)水(shui)無淡化(hua)(hua)(hua)原位(wei)直接(jie)(jie)電(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)制(zhi)(zhi)氫示范(fan)(Nature Communications, 2024, 15(1): 5305)，首(shou)(shou)次驗證(zheng)了(le)(le)在(zai)海(hai)(hai)洋(yang)復雜荷(he)載環境(jing)下的海(hai)(hai)水(shui)無淡化(hua)(hua)(hua)原位(wei)直接(jie)(jie)電(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)制(zhi)(zhi)氫可行性，構建了(le)(le)與再生(sheng)能源相(xiang)結合(he)的一體化(hua)(hua)(hua)海(hai)(hai)水(shui)直接(jie)(jie)制(zhi)(zhi)氫全新(xin)模式，是目前全球(qiu)唯一的漂浮式海(hai)(hai)上直接(jie)(jie)電(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)制(zhi)(zhi)氫示范(fan)案例，也標志著謝和(he)(he)平院士團隊世界(jie)獨創、完全自主研發的全新(xin)原理新(xin)技術正在(zai)快速(su)邁向產業化(hua)(hua)(hua)。

　　解(jie)耦式(shi)海(hai)水直(zhi)(zhi)接電(dian)解(jie)制(zhi)氫原理(li)及策略開發(fa)進一步拓寬了(le)(le)謝(xie)和平院(yuan)士(shi)團隊海(hai)水無(wu)淡(dan)化(hua)原位直(zhi)(zhi)接電(dian)解(jie)制(zhi)氫全新原理(li)技術體系(xi)，豐富和進一步完善構建了(le)(le)破(po)解(jie)海(hai)水復雜(za)成分影響的海(hai)水電(dian)解(jie)制(zhi)氫理(li)論體系(xi)和技術框架(jia)，為海(hai)水直(zhi)(zhi)接電(dian)解(jie)制(zhi)氫的產業化(hua)發(fa)展提供(gong)理(li)論指導!

　　論文鏈接：//www.nature.com/articles/s41467-024-53335-w