《自然》：謝和平團隊實現海水原位直接電解制氫
相變遷移驅動的海水無淡化原位直接電解制氫原理 作者供圖
11月30日，中國工程院院士謝和平與他指導的深圳大學、四川大學博士生團隊在《自然》發表論文，從物理力學與電化學相結合的全新思路，建立了相變遷移驅動的海水無淡化原位直接電解制氫全新原理與技術。該技術徹底隔絕海水離子，實現了無淡化過程、無副反應、無額外能耗的高效海水原位直接電解制氫，即可在海水裏直接原位電解制氫。
綠色零碳氫能是未來能源發展的重要方向。由於淡水資源緊缺，向大海要水是未來氫能發展的重要方向。但覆雜的海水成分（約92種化學元素）導致海水制氫面臨諸多難題與挑戰，先淡化後制氫工藝流程覆雜且成本高昂。上世紀70年代初有科學家提出了海水直接電解制氫的思路，半個世紀以來未有突破性的理論與原理，無法徹底避免海水覆雜組分對電解制氫的影響。
謝和平團隊提出從物理力學與電化學相結合的思路破解海水直接電解制氫面臨的難題與挑戰，通過將分子擴散、界面相平衡等物理力學過程與電化學反應巧妙結合，建立相變遷移驅動的海水直接電解制氫理論模型，揭示了微米級氣隙通路下界面壓力差對海水自發相變傳質的影響機制，形成電化學反應協同海水遷移的動態自調節穩定電解制氫方法，破解了有害腐蝕性這一困擾海水電解制氫領域的半世紀難題，目前已申請專利。
同時，該團隊研制了全球首套400升/小時海水原位直接電解制氫技術與裝備，在深圳灣海水中連續運行超3200小時，驗證了這一技術的穩定性和規模化。同時，該原理技術可探索推廣到多元化水資源（如河水、廢水、鹽湖等）直接原位制氫。論文作者表示，海水無淡化原位直接電解制氫技術在未來有望與海上可再生能源相結合，構建無淡化、無額外催化劑工程、無海水輸運、無汙染處理的原位海水直接電解制氫工廠。
該論文評審專家認為：“這項工作提供了一種有吸引力的策略，可以將非飲用水用於社會和生態中可持續燃料的生產，我認為這是一個重大突破。”“很少有論文能夠令人信服地從海水中實現規模化穩定制氫，但該論文的工作恰恰做到了這一點。他們完美的解決了有害腐蝕性這一長期困擾海水制氫領域的問題，將打開低成本燃料生產的大門，有望推動變革走向更可持續的世界。”
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https://doi.org/10.1038/s41586-022-05379-5
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