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發(fā)展氫能經(jīng)濟(jì)是我國(guó)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的必由之路，水裂解反應(yīng)的高理論電壓（1.23 V）決定僅通過催化劑與電解工藝優(yōu)化難以突破性降低制氫能耗與成本。
近日，大連理工大學(xué)精細(xì)化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、化工學(xué)院研究進(jìn)展以“Energy-saving hydrogen production by chlorine-free hybrid seawater splitting coupling hydrazine degradation”為題，被Nature子刊Nature Communications刊載，報(bào)道了一種低能耗、陽(yáng)極無(wú)氯腐蝕的混合海水電解制氫新技術(shù)。
海水占地球水資源的97%以上，海域風(fēng)力、太陽(yáng)能等可再生能源豐沛，在實(shí)現(xiàn)大規(guī)?？稍偕茉措娊馑茪浞矫婢哂械锰飒?dú)厚的優(yōu)勢(shì)。我國(guó)海洋國(guó)土面積約為300萬(wàn)平方公里，海岸線長(zhǎng)達(dá)1.8萬(wàn)多千米，立足遼闊藍(lán)色國(guó)土，發(fā)展高效的海水電解制氫技術(shù)對(duì)我國(guó)氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展、海洋資源開發(fā)利用與海洋國(guó)防事業(yè)意義重大。
圍繞這一目標(biāo)，大連理工大學(xué)王治宇、邱介山教授發(fā)展了利用光-物質(zhì)相互作用、電極表面分子吸附優(yōu)化、超親水-超疏氣界面等策略提升海水電解催化劑活性的新方法，獲得質(zhì)量比活性高于商業(yè)鉑碳10-20倍、壽命延長(zhǎng)60余倍的高活性海水電解催化劑。
混合海水電解反應(yīng)體系技術(shù)能耗低于堿性電解水技術(shù)40-50%，碳排放量比天然氣重整制氫技術(shù)降低90%
在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)將全電解水反應(yīng)解耦，在陽(yáng)極利用肼氧化反應(yīng)取代高能耗的水氧化過程，在大幅度降低海水電解制氫能耗的同時(shí)，高效處理含肼工業(yè)廢水并拉低制氫成本。這一技術(shù)在500 mA cm-2工業(yè)電流密度下，電解池效率為60–65%時(shí)，電解堿性海水僅需1.0 V電壓，能耗低達(dá)2.75 kWh m-3H2，產(chǎn)氫速率為9.2 mol h–1gcat–1，且無(wú)陽(yáng)極腐蝕。本技術(shù)適用于海水、工業(yè)廢水等，與商業(yè)化堿性電解水技術(shù)相比，能耗降低40–50%，碳排放量比天然氣重整制氫技術(shù)降低90%以上。
該技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)水體中劇毒肼污染物的同步快速降解，處理后肼殘留值（3 ppb）遠(yuǎn)低于美國(guó)環(huán)保署飲用水標(biāo)準(zhǔn)（10 ppb），在高效制氫的同時(shí)，凈化生態(tài)環(huán)境。這一技術(shù)可與燃料電池或太陽(yáng)能電池結(jié)合，無(wú)需供電即可電解海水制氫，在AM 1.5G、100 mW cm-2陽(yáng)光輻照下，產(chǎn)氫速率可達(dá)6.0 mol h–1gcat–1，為發(fā)展低能耗、高經(jīng)濟(jì)和生態(tài)可持續(xù)性的低碳制氫技術(shù)方法提供了新的思路。
該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、遼寧省科技廳、大連市科技局和學(xué)校的共同資助支持。作為世界一流大學(xué)A類建設(shè)高校，大連理工大學(xué)近年來(lái)以科研育人為宗旨，以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展為動(dòng)力，搶抓機(jī)遇，堅(jiān)持瞄準(zhǔn)科學(xué)前沿和國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，圍繞重大項(xiàng)目謀劃、科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)培育、重大科技成果凝練、科研基地建設(shè)等方面，精心組織、扎實(shí)推進(jìn)，科技工作取得了豐碩的成果，為建設(shè)特色鮮明的世界一流大學(xué)提供了有力支撐。2001年以來(lái)，學(xué)校共獲國(guó)家科技成果獎(jiǎng)勵(lì)58項(xiàng)，以第一完成單位獲得30項(xiàng)，其中國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)2項(xiàng)，國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)（創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)）1項(xiàng)；省部級(jí)科技成果獎(jiǎng)勵(lì)696項(xiàng)。2012年以來(lái)，以第一完成單位獲得中國(guó)專利獎(jiǎng)金獎(jiǎng)1項(xiàng)、銀獎(jiǎng)2項(xiàng)、優(yōu)秀獎(jiǎng)9項(xiàng)。
