直接海水电解制氢可绕开稀缺淡水资源约束，并与海上风电、光伏等可再生能源耦合，是推动绿氢规模化、可持续生产的优选发展路线。然而，直接海水电解制氢过程中，阴极析氢反应生成的OH⁻会与海水中高浓度Mg²⁺、Ca²⁺等结合而生成Mg(OH)₂、Ca(OH)₂等沉淀物，包覆活性位点、污堵隔膜、增加欧姆损失，导致系统的制氢性能快速大幅衰减。

中国科学院理化技术研究所低温科学与技术全国重点实验室低温计量与热质传输研究中心师文生研究团队首次提出交流电替代传统直流电直接海水电解制氢策略，从根本上解决了海水电解过程中因阴极析氢反应导致局部碱化、引发沉淀并造成制氢性能衰减这一长期困扰行业的瓶颈问题。其核心创新在于利用交流电的周期性极性反转特性，使同一电极交替充当阴极和阳极：在阴极半周期发生析氢反应产生OH⁻，随后在阳极半周期被阳极反应原位实时消耗，从而动态调控电极表面OH⁻浓度，有效抑制沉淀形成。

图1 交流电直接海水电解制氢原理示意图。在交流电驱动下，同一电极交替发生阴极析氢反应和阳极氧化反应，析氢反应产生的OH^-被随后的阳极氧化反应消耗，从而避免沉淀。

    团队在三种不同反应体系中进行了交流电直接海水电解制氢（AC-DSE）的概念验证，实验结果证明AC-DSE能够有效抑制沉淀。此外，通过耦合乙二醇氧化反应，可在产氢的同时联产高附加值产物乙醇酸，进一步提升制氢的经济效益。AC-DSE技术无需海水预处理和离子交换膜，能够显著降低制氢用水成本和系统复杂度。同时，该技术可与海上风电、光伏等可再生能源发电系统耦合，实现“海上发电—就地制氢”的一体化解决方案，为氢能产业链上游提供低成本、可持续的绿氢来源。

图2 （a-c）传统的直流电直接海水电解（DC-DSE）制氢和（d-f）本技术的交流电直接海水电解（AC-DSE）制氢结果对比。直流电解时生成大量沉淀，反应电流随之大幅衰减；交流电解时无沉淀产生，反应电流持续稳定。

相关研究结果发表在Angewandte Chemie International Edition（2026, 0, e2829162），第一作者为理化所博士生王豪婧和硕士马静璇，通讯作者为师文生研究员和佘广为项目研究员。

师文生研究团队长期致力于纳米材料可控制备及其在能源领域的应用研究，近期重点聚焦电解海水制氢。团队设计合成了非晶中熵氧化物电催化剂(Co_0.40Ni_0.30Mo_0.17Re_0.13)O，得益于非晶结构丰富的活性位点和中熵组成的独特电子构型，催化剂展现出优异的析氢性能。相关结果发表在International Journal of Hydrogen Energy（2024, 76, 152），论文第一作者为郝雪博士，通讯作者为佘广为项目研究员。针对电解海水制氢中的氯腐蚀问题，师文生团队联合南方科技大学徐虎团队提出甲醛氧化耦合析氢策略，基于所创制的Cu_0.94Ni_0.06三维枝晶催化剂，在超低电压下实现双倍产氢（析氢反应总法拉第效率达200%），与光伏耦合后太阳能至氢能转换效率（STH Efficiency）达39%。该结果发表于Small （2026, 0, e74804），论文第一作者为理化所郝雪博士、南方科技大学黄祥助理教授和理化所博士生王豪婧，通讯作者为南方科技大学徐虎教授和理化所佘广为项目研究员。

图3太阳能驱动析氢反应耦合甲醛氧化反应双倍产氢。

以上研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委、理化所成果转化处和低温科学与技术全国重点实验室课题的支持。

    文章链接：

    https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2829162

    https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.02.215

    https://doi.org/10.1002/smll.74804