新型电极可用于直接海水电解制氢

日，中国科学院大连化学物理研究所研究员邵志刚团队联合拉夫堡大学教授林文锋团队，在直接海水电解制氢阴极材料研究中取得新进展。团队通过构筑表面荷正电的铂/氢氧化钴（Pt@Co(OH)2）纳米阵列电极，抑制了海水中钙镁氢氧化物沉淀在阴极表面的沉积，并协同加速了析氢反应动力学过程。相关成果发表在《应用催化B：环境与能源》。

直接海水电解制氢阴极材料示意图。大连化物所供图

氢能是实现“双碳”目标的关键载体之一，而海水电解制氢能够避免与淡水资源竞争，具有广阔的应用前景。然而，海水近中性的pH环境导致析氢反应动力学迟缓，阴极局部pH升高会引发钙镁离子以氢氧化物沉淀形式堵塞活性位点，同时高浓度氯离子（Cl-）对电极的腐蚀也不容忽视。如何通过调控电极—电解液界面微环境同时解决上述问题，是该领域面临的核心挑战。

在本工作中，研究团队采用两步电沉积法，在泡沫镍基底上构建了Pt@Co(OH)2纳米阵列电极。由于Co(OH)2的等电点高于海水pH，电极表面荷正电通过静电排斥作用抑制了钙镁离子向阴极表面的迁移，避免了氢氧化物沉积。同时，有序的纳米阵列结构为氢气气泡提供了高效传输通道，可进一步清除电极表面生成的微量沉淀。研究表明，Pt与Co位点分别对氢（*H）和羟基（*OH）具有强吸附能力，形成了双催化位点协同促进水解离的机制。Pt与Co之间的电子相互作用不仅优化了*H的脱附，还抑制了Cl-在电极表面的吸附，增强了电极的抗腐蚀能力。

以该电极为阴极组装的pH不对称电解槽在100至1000 mA cm-2的多电流密度下累计稳定运行超过1000小时，展现出工业应用潜力。