近期，由香港城市大学领导的研究小组成功开发出了一种高效的催化剂，通过电化学水分解显著增强氢的产出，在纳米材料领域取得了突破性进展。这一重大突破对清洁能源产业具有巨大的应用潜力。
这一发现已于近期发表在了《自然》杂志上，其核心是开发一种高效的电催化剂，可以通过电催化水分解来增强氢的生成涂料在线coatingol.com。人类迫切需要更清洁的能源，但要让世界摆脱对化石燃料的依赖，转而使用更可持续的能源，挑战是巨大的。
领导这项研究的城市大学张华教授指出，“电催化水分解产生的氢被认为是在不久的将来取代化石燃料的最有前途的清洁能源之一，可以减少环境污染和温室效应。”
据悉，这项研究的关键进展是利用过渡金属二硫化物（TMD）纳米片作为载体建立新型催化剂，在电催化析氢反应（HER）中实现卓越的效率和高稳定性，这是电催化水分解（也称为水电解技术）制氢的重要步骤。
1、海水制氢
水电解制氢，被认为是非常重要的绿氢制备技术，目前已商业化的水电解技术均以淡水为电解液。众所周知，全球淡水资源极其有限，随着水电解制氢规模化应用，这无疑加剧了淡水资源短缺问题。与之相比，海水资源丰富，由此便有了“海水制氢”的想法。
海水占地球全部水量的96.5%，与淡水不同，其成分非常复杂，涉及的化学物质及元素有90多种。海水中所含有的大量离子、微生物和颗粒等，会导致制取氢气时产生副反应竞争、催化剂失活、隔膜堵塞等问题。
为此，以海水为原料的制氢技术形成了两种不同的路线。其一，海水直接制氢，即是基于天然海水，主要通过电解或光解方式制取。其二， 海水间接制氢，则是对海水进行脱盐、除杂处理，将海水先淡化形成高纯度淡水，再进行制氢。
2、海水制氢的技术难点
海上制氢平台可作为能源的长期储存或精细化学品的生产场所，能让绿色能源与化工生产系统紧密结合。
海上制氢平台可以解决深远海可再生电力消纳问题，利用可再生电力就地制氢、制绿氨，或许会成为未来深远海可再生能源的主要应用方式。
技术难点一：海水中的众多杂质影响阴极析氢的发生
在电解水过程中，H2从阴极析出，对于阴极析氢反应，最具挑战性的问题就是，天然海水中存在着各种溶解的阳离子，如Na+、Mg2+、Ca2+等，除此之外，还有多种细菌、微生物和微小颗粒等。
这些杂质会随海水电解过程的进行，堵塞电极，进而毒害或加速电解系统中电极/催化剂的老化，导致其耐久性变差。
技术难点二：氯离子造成阳极腐蚀，并影响阳极析氧反应
在电解水过程中，通常情况下，O2从阳极析出。但是，海水中存在的大量氯离子（Cl-）会造成阳极材料的严重腐蚀，进而导致电极损坏、电压过高，从而终止高效的析氧反应；另外，高浓度的氯离子，还会在阳极发生氯氧化反应，占据催化剂的活性位点，从而降低阳极析氧反应的效率。
技术难点三：阳极析氧反应和氧氯化反应之间的竞争
在海水电解过程中，阳极会发生两种反应，即：析氧反应（OER）和氧氯化反应（ClOR）。析氧反应：4OH-→O2+H2O+4e-；E0=1.23V （vs. RHE）
氯氧化反应：Cl-+2OH-→OCl-+H2O+2e-；E0=1.71V （vs. RHE）
可见，二者的E0相近，会产生竞争关系，这极大地限制了电解槽的工作电压。此外，ClOR反应和次氯酸盐的形成均为二电子反应，与OER四电子反应相比，ClOR反应在动力学上更容易进行，因而，通常观察到的OER过电位比ClOR高。
3、海水是最大的氢矿
作为清洁零碳的二次能源，氢的燃烧最终产物只有水，被视为未来全球能源转型不可或缺的组成部分。目前成熟的氢源包括化石燃料制氢（煤炭、天然气）、工业副产氢（乙烷、丙烷脱氢、重整、氯碱、焦炉煤气等）、甲醇重整制氢和电解水制氢，采用绿色电力电解水制氢最受产业和政策推崇。无论是已商业化的电解水制氢还是大部分水制氢试验性研究，都以淡水为原料，须克服淡水资源日益稀缺的现实挑战。
以丰富的海水资源制备氢气，理论上极富前景。然而，海水成分非常复杂（涉及化学物质及元素92种），海水中所含有的大量离子、微生物和颗粒等，会导致制取氢气时产生副反应竞争、催化剂失活、隔膜堵塞等问题。为此，以海水为原料制氢形成了海水直接制氢和间接制氢两种不同的技术路线。
海水间接制氢本质上仍是淡水制氢，将海水先淡化形成高纯度淡水再制氢，进一步推高了制氢成本与工程建设难度。全球来看，海水直接制氢技术尚停留在技术研发与验证阶段，依然面临较大产业化挑战。
海水无淡化原位直接电解制氢技术成果由谢和平院士团队于2022年11月30日在Nature正刊发表，被评为2022年中国科学十大进展之一。2022年12月16日，东方电气集团与深圳大学/四川大学谢和平院士团队签署协议，正式开展该项技术联合创新，并由东方电气集团负责成果转化和产业化。
从海上中试到工业化应用仍有很长的路要走。目前看来，氢的市场需求仍是决定海水制氢前景的关键因素。若氢能实现广泛应用并带来需求激增，以海水为原料的工业化制氢将迎来其发展机遇。
