氢气具有热值高、清洁、可再生等优点，被誉为21世纪解决能源危机的“终极能源”。相对于以化石能源为基础的传统制氢方式，利用可再生能源（如太阳能、风能等）驱动的电化学技术，直接分解水制氢被认为是未来通向“绿氢经济”的最佳途径。其中，直接海水电解因无需依赖淡水资源成为理想的绿色制氢方式之一，但高成本以及海水腐蚀带来的催化剂失活已成为制约其发展的主要瓶颈。从海水分解反应的本质来说，阳极析氧反应（OER）面临高的热力学能垒、缓慢的动力学过程、产物O2价值低以及析氯反应所带来的催化剂失活和法拉第效率低等问题。因此，如何降低阳极的氧化能垒，并实现氧的综合利用是加速阴极析氢（HER），提升电解水制氢技术降本增效的关键。
在阳极OER过程中，往往会伴随多种活性氧物种（如*OH、*O和*OOH）的产生，这些活性氧物种被公认为是传统热催化有机物氧化反应中的关键活性成分。因此，以电解水过程中产生的活性氧为基础，将阳极OER过程替换为重要的有机分子氧化反应，不仅可以实现高附加值化学品的绿色合成，而且有望降低氧化过电位，提高制氢效率，从而破解电解水制氢降本增效的难题。
近日，中国科学院理化所光化学转换与合成中心陈勇研究员团队提出电化学重整废弃PET塑料耦合海水制氢策略，通过设计Pd-CuCo2O4复合电催化剂，可以高选择性的将废弃PET重整为高附加值的乙醇酸。机理研究结果表明增强催化剂表面OH-物种的吸附，不仅可以提高催化活性，同时可以在催化剂表面形成阴离子层来排斥氯离子，提高催化剂稳定性。在模拟海水环境中，该体系可以在1.6A的工业电流下稳定运行超过100小时。
电化学氧化PET耦合海水制氢示意图
相关研究成果以Energy-saving Hydrogen Production by Seawater Splitting Coupled with PET Plastic Upcycling为题发表于Advanced Energy Materials上。论文的第一作者为理化所博士研究生刘柯晟，通讯作者为陈勇研究员和理化所特别研究助理刘福来博士。特别感谢香港大学Edmund C. M. Tse教授在理论计算方面提供的指导和帮助。研究工作得到了国家自然科学基金委、中国科学院-香港大学新材料联合实验室基金以及中国博士后科学基金等资助项目的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202304065
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