氢作为一种高能量密度的清洁能源，在燃烧时不排放温室气体，被视为极具潜力的能源选项。电解海水分解技术能够将风能和太阳能等海洋可再生能源转化为氢能，但其仍存在如下问题：
（1）氯离子在阳极上的电化学氧化反应对海水直接电解技术的进步提出了严峻挑战。氯电氧化反应（ClOR）的发生会导致腐蚀性离子和有害气体（如ClO−、Cl2、HOCl等）的出现，不仅对生态系统构成威胁，还会导致电极腐蚀，降低电解过程的效率和可持续性。
（2）析氧反应（OER）在热力学上比ClOR具有优势，但直接电解海水中的Cl−积累问题难以解决。即使耐腐蚀的电催化剂，不断向电解器中注入海水仍会导致Cl−积累至饱和，逐渐腐蚀阳极和整个系统。
（3）OER的滞后四-电子动力学是产生较大过电位的关键因素，限制了海水电解器的能量转换效率和稳定性。OER的滞后动力学导致海水电解器在能量转换效率和稳定性方面受到限制，需要寻找更动态有利的阳极电氧化反应来替代OER。
基于此，四川大学/深圳大学谢和平院士、刘涛研究员、吴一凡副研究员、兰铖助理研究员等人引入了一种氧化还原介导策略，利用铁氰化物/亚铁氰化物作为电子介质，构建了包含单独OER反应器的解耦海水直接电解系统，有效抑制了ClOR并实现了零氯排放的解耦海水电解。
（1）创新性地引入了铁氰化物/亚铁氰化物([Fe(CN)6]3−/4−)作为电子介质，实现了更动态有利的半反应以取代传统的OER，涉及的单电子转移阳极反应有效消除了含氯副产物的生成。该系统在低电压下运行（10 mA/cm2时约1.37 V；100 mA/cm2时约 1.57 V）并保持稳定性，展示了进行零氯排放解耦海水电解的潜力。
（2）提出了通过构建氧化还原介导的电化学-化学循环来产生氧气的核心概念，并合成了Fe-Ni(OH)2/NF催化剂以促进[Fe(CN)6]3-的催化还原，提高了化学效率。该策略不仅有效缓解了竞争性ClOR的挑战，还开发了一种结合氧化还原液流电池与单独反应器的解耦海水直接电解系统，表现出优异的运行性能和长时间的稳定性。
将Ni(NO3)2·6H2O和FeCl2·2H2O溶解在去离子水中，使用经过HCl、丙酮和去离子水超声波清洗的Ni泡沫作为工作电极，碳棒作为对电极。Ni泡沫通过HCl、丙酮和去离子水的超声处理进行脱脂，以及水热法合成了NiMoO4纳米线合金（NiMoO4/NF）。NiMoO4/NF经过一系列化学反应和甲醇清洗，最终与Co(NO3)2·6H2O和2-甲基咪唑的混合物反应24 h。反应结束后，将样品置于管式炉中，在氩气流中以2 °C/min的速度加热至500 °C并保持90 min，最终生成(NiMo)1-xCoxP/NF。
图1.解耦海水直接电解策略
图2.海水中[Fe(CN)6]3-/4-介导的氧化还原表征
图3. [Fe(CN)6]4−电化学氧化过程的表征
图4.化学还原反应的实验研究和理论计算
图5.解耦海水直接电解系统的特性
该系统采用4 cm²有效电化学面积的电极，特定电解液组合，确保溶液有效循环。在60 °C下测量LSV曲线，DSDE系统电压需求低于商用电解器，且随着电流密度增加，电压逐渐上升，但活性明显超过SDE。对比海水直接电解，DSDE系统能耗领先，低电流密度下优势尤为明显。长时间V-T测试中，DSDE系统表现出稳定性，电压增加微小，保持在ClOR起始电位以下。在Cl-饱和碱性海水环境中，DSDE系统表现出增强的防腐性能，电压有增加，但长期稳定性对于实际盐水电解至关重要。
Redox-mediated decoupled seawater direct splitting for H2 production. Nat. Commun., 2024. https://doi.org/10.1038/s41467-024-53335-w.
谢和平，中国工程院院士，曾任四川大学校长，煤炭工业部科技教育司司长，四川省科协主席。现任四川大学教授，博导，深圳大学特聘教授。目前正深入开展深地深海深空保真取芯探矿与测试基础研究、地热勘探开发利用、中低温地热磁浮发电变革性技术和温差材料发电颠覆性技术、工程扰动岩石动力理论与技术、低碳与海水制氢等能源化利用技术、月基能源资源探测前沿技术以及深部固体资源流态化开采理论和技术。
其他详见网页：http://ccnft.scu.edu.cn/info/1084/1140.htm.
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