電化學(xué)全水解(OWS)是一種有效的制備清潔H2的方法，在可持續(xù)能源的廣泛研究領(lǐng)域引起了人們的極大興趣。然而，由于在商業(yè)堿性水電解中OER具有緩慢的多質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)，以及OWS對(duì)高純度淡水作為氫源的嚴(yán)重依賴也極大地限制了其在一些干旱或近海地區(qū)的實(shí)際應(yīng)用。因此，直接利用海水作為氫源在水電解制氫方面顯示出巨大的潛力，其可以有效緩解全球淡水壓力和能源危機(jī)。
然而，在海水電解過(guò)程中，當(dāng)所施加的電壓大于Cl?的理論氧化電位時(shí)(1.72 V)，氯電氧化反應(yīng)(ClOR)也會(huì)作為與陽(yáng)極上OER的主要競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)發(fā)生，并會(huì)釋放出有毒的腐蝕性Cl2。因此，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)新型電催化劑以實(shí)現(xiàn)在工業(yè)電流密度下催化海水分解制氫具有重要意義。基于此，華南理工大學(xué)李映偉和沈葵等通過(guò)ZIF-L模板策略，在碳布(CC)上構(gòu)建鈷/氮共摻碳納米片陣列(CC@CoNC)，其可以作為在海水中HER和肼氧化反應(yīng)(HzOR)的高性能雙功能電催化劑。結(jié)果表明，最優(yōu)的CC@CoNC-600催化劑在10 mA cm?2電流密度下的HER過(guò)電位和HzOR電位分別為?69 mV和?61 mV；該催化劑可以在10 mA cm?2電流密度下穩(wěn)定工作超過(guò)50小時(shí)，HzOR的活性損失幾乎可以忽略不計(jì)。在催化劑CC@CoNC-600上HzOR的催化機(jī)理方面，吸附在催化劑表面的*N2H4主要遵循4e?電化學(xué)反應(yīng)路徑產(chǎn)生N2和H2O，這有利于將肼氧化與水電解耦合組成一個(gè)節(jié)能的H2生產(chǎn)系統(tǒng)。因此，利用CC@CoNC-600組裝的堿性海水中肼氧化耦合析氫反應(yīng)系統(tǒng)只需要0.557 V的超低電壓就可以達(dá)到200 mA cm?2的電流密度，并且僅需要1.22 kW h的電力消耗就能生產(chǎn)一立方米的H2。此外，在堿性海水中，該系統(tǒng)還能在電流密度約為10 mA cm?2下的穩(wěn)定工作40 h以上。該項(xiàng)工作對(duì)開(kāi)發(fā)高效、低成本的肼氧化與海水電解耦合節(jié)能制氫雙功能電催化劑具有一定的指導(dǎo)意義，有助于實(shí)現(xiàn)未來(lái)電解海水大規(guī)模生產(chǎn)H2。Coupling Hydrazine Oxidation with Seawater Electrolysis for Energy-Saving Hydrogen Production over Bifunctional CoNC Nanoarray Electrocatalysts. Small, 2023. DOI: 10.1002/smll.202300019
