沙迦大学的研究人员开发出一种新技术，可以直接从海水中工业规模地生产清洁氢燃料。在《Small》杂志上发表的一项研究中，研究小组报告说，他们无需去除海水中的矿物盐或添加任何化学物质即可提取氢气。研究人员表示，这种方法无需建造海水淡化厂，海水淡化厂的建设和运营成本通常高达数亿美元。
工程电极可抵抗海水腐蚀
“我们开发了一种新型多层电极，可以高效、可持续地直接从海水中提取氢气。传统方法面临一系列问题，主要是海水中的氯离子会导致腐蚀和性能下降，”沙迦大学化学系助理教授、该研究的主要作者Tanveer Ul Haq博士说道。
该团队设计了一种定制电极，据 Ul Haq 博士称，“该电极通过创建一个保护性和反应性的微环境来克服这些问题，这种微环境可以在抵抗损坏的同时提高性能。”
新装置从海水中提取氢气的形成过程的系统图解。图片来源：Small (2025)
随着清洁能源需求日益迫切，氢气已成为一种颇具前景的解决方案。但生产氢气通常需要纯净水，而纯净水在世界许多地方都十分稀缺。
这项研究提出了一种直接从海水中生产氢气的方法，避免了对淡水资源的需求，从而带来了潜在的突破。
“简而言之，我们已经证明直接电解海水不仅是可能的，而且是可扩展的，能够达到工业级效率，同时在长期使用中保护电极，”Ul Haq 博士补充道。
在真实海水条件下高效运行
在他们的研究中，研究人员将他们的设备描述为“一种微环境工程、多层电极设计，用于可持续的海水电解”。运行时，该装置“在真实海水中以420 mV的过电位提供1 A cm⁻²的几何电流密度，不会形成次氯酸盐，并且在室温下300小时内具有出色的运行稳定性。”
研究指出，该电极利用未经处理的海水以工业级速率生产氢气。几乎所有的电输入都转化为气体输出，法拉第效率达到 98%。
“先进的阳极设计在标准条件下实现了 1.65 V 时工业上可行的 1.0 A cm⁻² 电流密度，标志着朝着直接从海水中大规模、无淡化生产氢气迈出了重要一步。”
法拉第效率衡量电子参与给定电化学反应的效率。
该研究的通讯作者、沙迦大学机械与核工程教授优素福·海克 (Yousef Haik) 表示：“我们创造了一种先进的电极，可以在真实的海水中工作，无需任何预处理或淡化。”
专为干旱、阳光充足的地区设计
我们的系统以工业级速率（每平方厘米1安培）生产氢气，且能量输入较低。这可能会彻底改变我们对沿海地区氢气生产的认识，尤其是在阿联酋这样的干旱国家，那里淡水资源有限，但阳光和海水却十分丰富。
该技术的优势在于电极先进的多层结构，它不仅能承受恶劣的海水条件，还能在海水中茁壮成长。该装置形成“一层保护性的偏硼酸盐膜，防止金属溶解和非导电氧化物的形成”，这种方法无需进行耗能巨大的水净化。
沙迦大学科学与工程研究所研究员、论文合著者穆拉德·斯马里 (Mourad Smari) 表示：“这绕过了昂贵的海水淡化和复杂的水净化，使绿色氢气生产更便宜、更容易。”
保护膜延长系统寿命
该系统最令人印象深刻的特点之一是其长寿命。“它运行超过300小时，性能丝毫没有下降，并且能够抵抗通常会破坏类似系统的腐蚀，”Ul Haq博士说道。该研究解释说，碳酸盐层“起到了静电屏蔽的作用”，保护电极的多层结构免于溶解。
在性能测试中，该电极在 1.6 V 时实现了 139.4 s⁻¹ 的周转频率，作者认为这是同类系统中最高的周转频率之一。
法拉第效率：电解300小时前后记录的腐蚀电位和腐蚀电流密度，计时电位法测定价带光谱，以及在碱性海水中连续电解300小时后的拉曼光谱。图片来源：Small (2025)
“总而言之，本研究开发的多层电极结构为高效直接电解海水提供了有效的解决方案，”该研究总结道。“超薄纳米片结构具有较高的表面积，有利于催化剂的充分暴露和活性，从而最大限度地增加了可用于直接海水氧化的表面位点。”
Ul Haq 博士强调了该技术对清洁和可持续能源生产的潜在影响。
具有沿海可扩展性的清洁能源
“这项技术可以应用于使用海水替代珍贵淡水的大型制氢工厂。想象一下，在阿联酋海岸线上建立太阳能制氢农场，利用海水和阳光生产清洁燃料——零排放，资源压力极小。”
当被要求用简单的术语解释多层设计的工作原理时，Ul Haq 博士说：“电极的分层设计就像一个智能过滤器——允许水进入，阻止腐蚀，并增强氢气的产生。”他补充说，该系统的性能很大程度上取决于它如何处理海水中的氯离子。
碳酸盐官能化作用排斥了这些离子，并创造了一个局部酸性微环境，加速了析氧反应（OER），而OER对于制氢至关重要。论文指出，这种机制“增强了OER动力学，并防止了氯化物侵蚀和沉淀物的形成”。
从实验室成功到现实世界试点
乌尔·哈克博士指出，这项技术已经引起了“清洁能源初创企业和区域创新中心”的兴趣。“我们的创新将海水从挑战转化为解决方案……这就是利用海水制成的清洁氢气。”
研究人员目前正期待着这项技术的大规模应用。“我们目前正从实验室规模转向中试规模，希望在真实的户外条件下验证这项技术，”乌尔·哈克博士说道。“我们的下一个目标是开发一种由太阳能驱动的模块化氢气发生器，专门用于干旱沿海地区。”
编译自/ScitechDaily