深圳大学破解海水直接电解制氢难题

中国教育报-中国教育新闻网讯（通讯员 娄卓男 李世卓 王若琳 记者 刘盾）近日，中国工程院院士谢和平与他指导的深圳大学、四川大学博士团队，以深圳大学为第一单位在《自然》杂志上发表了研究成果。该研究首次从物理力学与电化学相结合的全新思路，建立了相变迁移驱动的海水无淡化原位直接电解制氢全新原理与技术。该研究另辟蹊径，彻底隔绝海水离子，同时实现了无淡化过程、无副反应、无额外能耗的高效海水原位直接电解制氢技术突破，即把海水当纯净水用，在海水里直接原位电解制氢。这破解了海水直接电解制氢的难题，可望形成中国原创的“海洋绿氢”全球新兴战略产业。

《自然》杂志评审专家评述该成果：“很少有论文能够令人信服从海水中实现规模化稳定制氢，但该论文的工作恰恰做到了这一点。他们完美解决了有害腐蚀性这一长期困扰海水制氢领域的问题，将打开低成本燃料生产的大门，有望推动变革走向更可持续的世界！”

据介绍，绿色零碳氢能是未来能源发展的重要方向。海洋是地球上最大的氢矿，向大海要水是未来氢能发展的重要方向。但复杂的海水成分（约92种化学元素），导致海水制氢面临诸多难题与挑战。先淡化后制氢是当前较成熟的海水制氢技术路径，目前已在全球多国开展规模化示范工程项目。但该类技术严重依赖大规模淡化设备，工艺流程复杂且占用大量土地资源，进一步增加了制氢成本与工程建设难度。

20世纪70年代初，有科学家提出，海水可否直接电解制氢呢？半个世纪以来，国内外多个知名研究团队通过催化剂工程、膜材料科学等手段，进行了大量探索研究，旨在破解海水直接电解制氢面临的析氯副反应、钙镁沉淀、催化剂失活等难题。然而一直未有突破性的理论与原理能够彻底避免海水复杂组分对电解制氢的影响，可规模化的高效稳定海水直接电解制氢原理与技术仍是世界空白。

谢和平院士提出了从物理力学与电化学相结合的全新思路，破解海水直接电解制氢面临的难题与挑战，从而开创了海水无淡化原位直接电解制氢新原理与技术。该成果通过将分子扩散、界面相平衡等物理力学过程，与电化学反应巧妙结合，建立了相变迁移驱动的海水直接电解制氢理论模型，揭示了微米级气隙通路下界面压力差对海水自发相变传质的影响机制，形成了电化学反应协同海水迁移的动态自调节稳定电解制氢方法，破解了有害腐蚀性这一困扰海水电解制氢领域的半世纪难题。

与此同时，谢和平院士团队研制了全球首套400L/h海水原位直接电解制氢技术与装备，在深圳湾海水中连续运行超过3200小时，从海水中实现了稳定和规模化制氢过程。此外，该研究团队还进一步开发了酸性和碱性固态凝胶电解质，以表明相变迁移策略适配不同电解质材料，并有望伴随PEM和AEM电解技术迭代发展。据悉，该原理技术可探索推广到河水、废水、盐湖等多元化水资源直接原位制氢，为资源富集浓缩与能源生产提供多效利用新思路。正如《自然》杂志审稿人对该研究给予的高度评价：“这项工作提供了一种有吸引力的策略，可以将非饮用水用于社会和生态中可持续燃料的生产，我认为这是一个重大突破！”