王治宇教授团队在低能耗海水电解制氢耦合污染物降解新技术领域取得新进展

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海水占地球水资源重量的96.5%，是取之不尽、用之不竭的氢能宝库。海域的风、光、潮汐能等可再生能源天然丰沛，更使电解海水制氢技术在规模化应用方面具有先天优势。然而，高能垒、低附加值的阳极反应使电解水技术的能耗成本居高不下，短期内难与化石能源重整、工业副产气制氢等传统技术竞争。海水复杂的化学环境导致的催化剂污染失活、阳极析氯腐蚀等问题，更严重制约了海水电解制氢过程的效率与可持续性。
        针对以上瓶颈难题，大连理工大学精细化工国家重点实验室王治宇、邱介山教授在Advanced Materials发表题为“Energy-saving hydrogen production by seawater electrolysis coupling sulfion degradation”的研究论文。通过在全解水反应中解耦高能耗、动力学迟滞、低附加值的阳极析氧半反应，耦合低能垒、高经济/环境效益的硫离子氧化反应，突破水分解反应电压（1.23 V）与电耗（2.94 kWh m-3 H2）的理论限制，发展了一种海水电解节能制氢耦合硫污染物降解新技术。在大电流密度（> 300 mA cm-2）条件下，电解槽能耗大幅降低至2.32 kWh m-3 H2，产氢速率为5.34 mol h–1 gcat–1，与碱性电解水技术相比能耗降低 50 – 60 %，碳排放比天然气重整制氢技术降低90 %以上，并可通过商业化太阳能电池驱动实现自供能制氢。引入硫离子阳极氧化反应一方面可将阳极电压降低至1.0 V以下，在高效制氢的同时，彻底避免阳极析氯腐蚀效应，另一方面可以同步将水中硫离子污染物降解转化为高附加值的单质硫，在进一步降低技术成本的同时提高了环境与经济效益，为发展低能耗、高经济性和生态可持续的低碳制氢技术方法提供了新的思路。                                

图1 海水电解节能制氢耦合硫污染物降解新技术及其与传统制氢技术之能耗与碳排放比较

       上述工作近期发表在材料化学领域一流国际学术期刊Advanced Materials (2022, DOI:10.1002/adma.202109321)，论文第一作者为精细化工国家重点实验室、化工学院硕士生张柳阳。工作得到了国家自然科学基金会、辽宁省科技厅、大连市科技局、大连理工大学的共同资助支持。


       文献详情：
       Liuyang Zhang, Zhiyu Wang,* and Jieshan Qiu. Energy-saving Hydrogen Production by Seawater Electrolysis Coupling Sulfion Degradation, Advanced Materials, 2022, DOI: 10.1002/adma.202109321
       https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202109321


         文章来源：大连理工大学
         邱介山, 化工学院教授、博士生导师，国家杰出青年基金获得者、教育部长江学者特聘教授、国务院政府津贴专家、国家“有突出贡献中青年专家”及国家“百千万人才工程”人选、全国化工优秀科技工作者、全国百篇优秀博士论文指导教师。主要从事材料化工、能源化工等方面的研究。承担完成或正在实施各类课题60余项，包括国家自然科学基金杰出青年基金项目、3项国家自然科学基金重点课题等。研究工作获德国拜尔公司、瑞士加铝公司、日本三菱公司、香港中华煤气公司等国际著名企业资助。
        王治宇，教授，博士生导师，大连理工大学化工学院副院长，辽宁省微纳米技术及系统重点实验室纳米材料与器件研究室副主任。国家自然科学基金优秀青年基金获得者、德国洪堡学者、大连理工大学“星海杰青”。主要从事纳米新能源材料的基础与应用研究工作（锂二次电池、电化学催化等）。在Nature Communications、Journal of the American Chemical Society、Advanced Materials、Energy Environmental Science等国际知名学术期刊发表论文60余篇，论文SCI他引59900余次，出版专著1部，H-index: 37。承担国家自然科学基金优秀青年基金、中组部青年##计划专项资金、国家自然科学基金面上项目、霍英东青年教师基金等课题项目。任英国Nature出版集团刊物Scientific Reports编委、国际电化学能源科学院(IAOEES)青年理事、中国颗粒学会青年理事、全国石油和化工行业重质油碳质化高附加值利用重点实验室学术委员等学术兼职。