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第一作者：谭豪，余志鹏
通讯作者：林斐，熊德华，刘利峰
通讯单位：
松山湖材料实验室，武汉理工大学Do
i:
10.1039/D4EE05379F
1. 全文速览
松山湖材料实验室刘利峰研究员团队通过开发具有高性能硫离子氧化特性的NiTe@NiMo复合电极，实现了高效节能、无氯污染的混合海水电解。这种新型电极在70℃下进行硫离子氧化辅助的电解海水制氢时以1.33 V的电压实现了5.0 A cm-2的超高电流密度，1.0 A cm-2时的电解能耗仅为常规海水电解的三分之一，为绿氢制取提供了新的解决方案。随着全球对绿色能源需求的增加，氢能因其清洁、高效等优势受到广泛关注。直接海水电解（SWE）作为制氢的重要途径，能够直接利用海水资源与可再生能源。然而，传统SWE在高电流密度下受阳极析氯副反应（CER）的干扰以及氧析出反应（OER）高能耗的限制，在大规模应用上面临巨大技术瓶颈。因此，如何开发能量需求更低、抗腐蚀性能更强的新型海水电解电极材料，最近成为了研究热点。本研究通过引入硫离子氧化反应（SOR）替代传统的OER，成功实现了在大电流密度下也可以完全规避CER的干扰并能大幅降低电解能耗。工作的核心是设计了一种高效催化 SOR反应的NiTe@NiMo复合电极，其通过动态重构生成的[MoO4]2-基团能够显著提升SOR的催化活性和在海水中的稳定性。结合高效的自支撑Ni-P阴极，不对称电解池在高电流密度下在碱性模拟和天然海水中均实现了长时间稳定运行。![]()
图1：NiTe@NiMo电极的结构与形貌表征。
NiTe@NiMo电极在水热合成的自支撑NiTe纳米棒阵列电极基础上通过电沉积形成一个连续、共形、由无定形NiMo组成的外壳，展现出清晰的核-壳结构。通过XRD和TEM确认NiTe纳米棒为六方晶相，其表面被无定形NiMo层均匀覆盖。纳米棒阵列具有高密度的活性位点和优异的机械稳定性，为SOR反应提供了良好的导电路径。![]()
图2：NiTe@NiMo电极的化学组成和表面特性。
XPS和拉曼光谱表明，NiTe@NiMo电极表面生成的[MoO4]2-基团能有效抑制了Cl⁻吸附及其引起的腐蚀。XAS进一步确认NiTe和NiMo层的协同作用增强了电极的化学稳定性。![]()
图3：电催化性能测试。
NiTe@NiMo电极在0.55 V（vs. RHE）下实现了500 mA cm-2的SOR电流密度，比传统OER显著降低了1.12 V的电势需求。电极在高电流密度下表现出优异的稳定性，并可将多硫化物中间体转化为高附加值硫化物。![]()
图4：全电解池性能
搭载NiTe@NiMo阳极和Ni-P阴极的电解池在70℃下以1.33 V的低电压实现了5.0 A cm-2的超高电流密度，在1.0 A cm-2 时的能耗仅为1.67 kWh/Nm³ H₂。同时，该电解池在1.0 A cm-2下稳定运行超过300小时，展现出较好的应用潜力。![]()
图5：理论计算与机理分析
DFT计算表明，原位重构的NiOOH物种通过优化SOR中间体的吸附能和降低反应能垒，有效提升了电催化活性。结合实验结果，[MoO4]2-基团还显著提高了电极的抗Cl⁻腐蚀能力和结构稳定性。本研究通过SOR替代OER，开发了高效节能的NiTe@NiMo复合电极，为直接海水电解提供了新的路径。其显著降低的能耗（1.67 kWh/m3 H2 @ 1.0 A cm-2）及无氯污染特性，为未来绿色制氢技术的规模化应用提供了一个新途径。下一步工作将聚焦于提升电极的经济性和适应性，推动该技术在海洋能源领域的规模化应用。1)Tan, H.#; Yu, Z. P. #; Zhang, C. Y.; Lin, F.*; Ma, S. Y.; Huang, H. L.; Li, H.; Xiong, D. H*; Liu, L. F.* Self-supported NiTe@NiMo electrodes enabling efficient sulfion oxidation reaction toward energy-saving and chlorine-free hybrid seawater electrolysis at high current densities. Energy Environ. Sci., 2025, 10.1039/D4EE05379F.2)Yu, Z. P.; Boukhvalov, D. W.; Tan, H.; Xiong, D. H.; Feng, C. S.; Wang, J. W.; Wang, W.; Zhao, Y.; Xu, K. Y.; Su, W. F.; Xiang, X. Y.; Lin, F.; Huang, H. L.; Zhang, F. X.; Zhang, L. Meng, L. J.; Liu, L. F.* Sulfur and phosphorus co-doped FeCoNiCrMn high-entropy alloys as efficient sulfion oxidation reaction catalysts enabling self-powered asymmetric seawater electrolysis. Chem. Eng. J., 2024, 494, 153094.3)Yu, Z. P.; Liu, L. F.* Recent Advances in Hybrid Seawater Electrolysis for Hydrogen Production. Adv. Mater., 2023, 36, 202308647.刘利峰 现为松山湖材料实验室二级研究员、能源转换与存储材料团队负责人。团队目前主要致力于纳米能源材料的制备、表征及其在电化学能源存储和转化方面的应用，研究方向涵盖电催化材料及固态锂电池材料等。已发表SCI论文200余篇，累计被引用超16000次（H因子72，谷歌学术，截至2024年12月），申请/获授权国际、国内专利9项，在国际会议上做邀请报告50余次。目前担任Materials Today Energy, Advances in Nano Research (Techno Press), Materials Futures (IoP), Applied Research (Wiley)编委。课题组招聘电催化方向博士后1-2名，要求有PEM电解水、CO2电还原催化剂或相关器件方面的研究经验，并且在近五年内发表过3篇或3篇以上一作论文/专利；另招聘固态电池方向博士后1-2名，要求有相关研究经验，且在近五年内发表过3篇或3篇以上一作论文/专利。博士后综合年薪为40-50万/年（含五险一金在内），符合条件的可申请广东省优秀海外博士引进项目，获批后综合年薪为60万/年，博士后享受实验室职工同等待遇。欢迎有兴趣加入团队的优秀博士来信咨询（liu.lifeng@sslab.org.cn）本公众号原创内容欢迎转发分享，如需转载，请后台私信。我们对文中观点保持中立，仅供参考交流，不构成投资建议。如涉及版权及其他问题，请联系我们删除，谢谢！
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