深圳大学谢和平院士&南京工业邵宗平，最新Nature！
2024-04-10
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以可再生能源为输入的电化学盐水电解，是大规模生产绿色氢的一种非常可取和可持续的方法；然而，由于电极侧反应和海水复杂组分引起的腐蚀问题，其耐久性不足，严重挑战了其实际可行性。
虽然利用聚阴离子涂层抑制氯离子腐蚀或制造高选择性电催化剂的催化剂工程，已被广泛开发并取得了一定的成功，但在实际应用中仍远远不能令人满意。通过使用预脱盐过程的间接海水分离，可以避免副反应和腐蚀问题，但它需要额外的能源输入，使其在经济上不具有吸引力。此外，独立的体积庞大的海水淡化系统，使海水电解系统在尺寸上缺乏灵活性。在此，来自深圳大学的谢和平院士&南京工业大学的邵宗平等研究者提出了一种直接海水电解制氢的方法，从根本上解决了副反应和腐蚀问题。相关论文以题为“A membrane-based seawater electrolyser for hydrogen generation”于2022年11月30日发表在Nature上。在此，研究者的策略的关键点是：将基于自驱动相变机制的原位水净化工艺集成到海水电解中，这是通过应用疏水多孔聚四氟乙烯(PTFE)防水透气膜作为气路界面，采用浓氢氧化钾(KOH)溶液作为自阻尼电解质(SDE)实现的(图1a)。这样的设计，允许水蒸气的偏压扩散，但完全防止液体海水和杂质离子的渗透。在运行过程中，海水和跨膜SDE之间的水蒸气压差，为海水侧的自发海水气化(蒸发)和水蒸气通过膜内的短气路扩散到SDE侧，并在SDE侧被SDE吸收再液化提供了驱动力。该相变迁移过程，允许从海水源原位生成纯净水用于电解，具有100%的离子阻断效率，同时在SDE中同时电解所消耗的水成功地维持了界面压差。因此，当水迁移速率等于电解速率时，海水和SDE之间建立了新的热力学平衡，实现了水通过“液-气-液”机制的持续稳定迁移，为电解提供淡水(图1b)。
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