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發(fā)展氫能經(jīng)濟是我國實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標的必由之路，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，大連理工大學精細化工國家重點實驗室、化工學院研究進展以“Energy-saving hydrogen production by chlorine-free hybrid seawater splitting coupling hydrazine degradation”為題，被Nature子刊Nature Communications刊載，報道了一種低能耗、陽極無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，海域風力、太陽能等可再生能源豐沛，在實現(xiàn)大規(guī)?？稍偕茉措娊馑茪浞矫婢哂械锰飒毢竦膬?yōu)勢。我國海洋國土面積約為300萬平方公里，海岸線長達1.8萬多千米，立足遼闊藍色國土，發(fā)展高效的海水電解制氫技術(shù)對我國氫能經(jīng)濟發(fā)展、海洋資源開發(fā)利用與海洋國防事業(yè)意義重大。
圍繞這一目標，大連理工大學王治宇、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，研究團隊將全電解水反應(yīng)解耦，在陽極利用肼氧化反應(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，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，電解堿性海水僅需1.0 V電壓，能耗低達2.75 kWh m-3H2，產(chǎn)氫速率為9.2 mol h–1gcat–1，且無陽極腐蝕。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）遠低于美國環(huán)保署飲用水標準（10 ppb），在高效制氫的同時，凈化生態(tài)環(huán)境。這一技術(shù)可與燃料電池或太陽能電池結(jié)合，無需供電即可電解海水制氫，在AM 1.5G、100 mW cm-2陽光輻照下，產(chǎn)氫速率可達6.0 mol h–1gcat–1，為發(fā)展低能耗、高經(jīng)濟和生態(tài)可持續(xù)性的低碳制氫技術(shù)方法提供了新的思路。
該工作得到了國家自然科學基金委、遼寧省科技廳、大連市科技局和學校的共同資助支持。作為世界一流大學A類建設(shè)高校，大連理工大學近年來以科研育人為宗旨，以創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展為動力，搶抓機遇，堅持瞄準科學前沿和國家重大戰(zhàn)略需求，圍繞重大項目謀劃、科研創(chuàng)新團隊培育、重大科技成果凝練、科研基地建設(shè)等方面，精心組織、扎實推進，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提供了有力支撐。2001年以來，學校共獲國家科技成果獎勵58項，以第一完成單位獲得30項，其中國家技術(shù)發(fā)明一等獎2項，國家科技進步獎（創(chuàng)新團隊）1項；省部級科技成果獎勵696項。2012年以來，以第一完成單位獲得中國專利獎金獎1項、銀獎2項、優(yōu)秀獎9項。
