丨汇编来源公开信息丨旨在分享学术交流丨
利用可再生电力进行海水电解为可持续制氢提供了一条极具吸引力的途径，但电极动力学迟缓和耐久性差是两大挑战。
2024年11月1日，中国科学技术大学高敏锐教授（国家杰出青年基金获得者）团队在Nature Communications期刊发表题为“In situ ammonium formation mediates efficient hydrogen production from natural seawater splitting”的研究论文，团队成员Xiao-Long Zhang、Peng-Cheng Yu、Shu-Ping Sun为论文共同第一作者，合肥工业大学郑亚荣研究员、高敏锐教授为论文共同通讯作者。
该研究报道了一种氮化钼（Mo2N）催化剂在天然海水中用于析氢反应，其活性与商业Pt/C催化剂相当。该催化剂在100 mA cm-2下连续测试超过1000小时未发生降解，而Pt/C催化剂在10 mA cm-2下运行36小时后会形成大量沉淀（主要是氢氧化镁）。该研究发现，在催化剂表面原位生成的铵基团不仅提高了氢键网络的连通性，而且抑制了局部pH的增加，从而提高了催化剂性能。此外，利用该催化剂组装的零间隙膜液流电解槽在模拟海水中，在1.87 V和60℃条件下，电流密度为1 A cm-2，并能稳定运行900小时以上。
DOI：10.1038/s41467-024-53724-1
与碱水相比，在中性海水环境下，阳极OER和阴极析氢反应（HER）动力学变得缓慢，这需要更大的过电位才能达到所需的电流密度，从而降低了整体电解效率。在此，研究人员使用一种简单快速的氮等离子体辐照法合成的氮化钼（Mo2N）催化剂来解决这些挑战。在自然海水电解过程中，研究人员发现在催化剂表面原位生成铵态（NH4+）阳离子，这些阳离子可与界面H2O解离产生的羟基（OH-）形成氢键，从而阻止氢氧化物的形成。同时，这些NH4+基团也极大地改善了电双层（EDL）中氢键网络的连通性，降低了氢转移势垒，增强了HER的能量学。因此，该催化剂在海水电解槽中作为阴极具有较强的活性和长期稳定性。
总之，该研究通过一种便捷、可扩展的等离子体增强CVD方法，合成了具有更高HER活性和稳定性的高质量海水电解Mo2N催化剂。该催化剂可以在其表面原位生成NH4+基团，从而限制了电极附近局部pH的升高，防止了海水电解过程中氢氧化物沉淀的形成。同时，这些NH4+也极大地改善了EDL区域氢键网络的连通性，导致HER能量学增强。该研究展示了在催化剂表面形成的铵基团如何提高催化活性，同时避免氢氧化物的形成。研究人员预计这些发现将刺激催化剂微环境的进一步调整，以实现高效的海水分解。
■密度泛函理论DFT计算：电荷密度、态密度DOS、能带、费米能级、功函数、ELF；介电常数、弹性模量、声子谱；吉布斯自由能、吸附能、掺杂能、缺陷形成能；HER、OER、ORR、NRR、CO2RR；反应路径、反应机理、迁移能垒等
■量子化学QC计算：静电势、偶极矩、布居数、轨道特性、自旋密度、Fukui函数；激发态、跃迁偶极矩；氢键、π-π堆积、疏水作用力；过渡态、反应能垒、反应机理；红外、拉曼、荧光、磷光、核磁谱、圆二色谱等
■分子动力学MD模拟：生物体系弱相互作用分析、受体-配体组装过程、结合自由能；材料体系的高分子构象预测、材料与溶液界面性质、粗粒化模拟；轨迹分析RMSD/RMSF、径向分布函数RDF、扩散、氢键数量；分子对接；同源建模；虚拟筛选、定量构效关系QSAR
■有限元FEM仿真：结构仿真（接触分析、非线性分析、振动/疲劳/传热/裂纹/碰撞分析）；电磁仿真（电场、磁场、电磁耦合、磁热耦合、射频微波）；流体仿真（多相流体、组分运输、流体传动、相变）；光学/声学仿真相关
