氫能在工業(yè)脫碳中發(fā)揮重要作用，從煉鋼到發(fā)電，各行各業(yè)都在探索利用氫能來(lái)減少碳排放。

然而，目前絕大多數(shù)氫氣仍來(lái)自天然氣重整，過(guò)程中會(huì)排放大量二氧化碳。

水電解制氫提供了一種可持續(xù)的生產(chǎn)方法，利用電能將水分解為氫氣和氧氣，尤其是在使用可再生能源驅(qū)動(dòng)的情況下。

但目前大多數(shù)電解水系統(tǒng)仍然依賴淡水。由于氣候變化、人口增長(zhǎng)以及農(nóng)業(yè)和工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)需求，淡水資源面臨越來(lái)越大的壓力。

地球上的淡水本來(lái)就不夠用，哪還能用來(lái)大量制氫？

于是，科學(xué)家們將目光投向了覆蓋地球表面70%以上的海洋。海水中含有豐富的離子，導(dǎo)電性甚至比淡水更好，理論上更適合電解。

但海水電解有一個(gè)致命的難題：海水中的鹽分（氯離子）、微生物和雜質(zhì)會(huì)嚴(yán)重腐蝕電極，導(dǎo)致催化劑迅速失效。

尤其是在高電流密度下（這是工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)必須達(dá)到的條件），幾乎沒(méi)有哪種電極系統(tǒng)能扛得住海水的“折磨”。

不過(guò)，令人欣慰的是，韓國(guó)的研究人員表示，他們已經(jīng)朝著解決這些問(wèn)題邁出了重要一步。

韓國(guó)能源研究院（KIER）的Ji-Hyung Han博士團(tuán)隊(duì)最近開(kāi)發(fā)出一種基于碳布（CC）的電極，并在碳布上構(gòu)建了釕（Ru）修飾的CoMoO?催化劑（Ru/CoMoO?@CC）。

該電極材料實(shí)現(xiàn)了更加高效、穩(wěn)定的堿性海水電解制氫。在工業(yè)級(jí)500 mA/ cm2電流密度下，該電極材料可保持穩(wěn)定性能并運(yùn)行800小時(shí)以上。

該發(fā)現(xiàn)凸顯了Ru、Co、Mo和碳布之間獨(dú)特的協(xié)同作用，展現(xiàn)了該催化劑在海水電解中高效、耐用的潛力。這些進(jìn)展將為降低對(duì)貴金屬的依賴、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的制氫鋪平道路。

來(lái)源：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2025.163534

目前最常用且性能優(yōu)異的電解催化劑是鉑（Pt），但它價(jià)格昂貴、資源稀缺，根本無(wú)法大規(guī)模使用。于是，研究人員開(kāi)始尋找鉑的替代品，而釕（Ru）進(jìn)入了他們的視野。

釕的價(jià)格只有鉑的十分之一，吸附氫的能力卻和鉑相近，是個(gè)“低調(diào)的實(shí)力派”。不過(guò)，釕在堿性環(huán)境中的表現(xiàn)并不穩(wěn)定，單獨(dú)使用效果有限。

而這篇發(fā)表在《Applied Surface Science》上的論文提供了一種巧妙的思路：不單獨(dú)使用釕，而是將它“鑲嵌”到另一種廉價(jià)的金屬化合物中，形成“協(xié)同作戰(zhàn)”的團(tuán)隊(duì)。

他們選擇的是鈷（Co）和鉬（Mo）的氧化物（CoMoO?），并將其生長(zhǎng)在一種叫做“碳布”（Carbon Cloth, CC）的柔性導(dǎo)電基底上。

在海水電解中，電極基底對(duì)電極的效率和使用壽命起著決定性的作用。

金屬基底在氯離子的存在下會(huì)迅速腐蝕。而碳布因其導(dǎo)電性、耐腐蝕性、柔韌性和成本效益而成為了一種替代方案。

但碳布電極也有著自身缺陷：現(xiàn)有的碳布電極難以承受500 mA/cm2以上的大電流運(yùn)行超過(guò)100小時(shí)——這是工業(yè)應(yīng)用的基本門檻。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)優(yōu)化酸處理工藝克服了這些阻礙。他們首先將碳布料浸泡在100°C的濃硝酸中一小時(shí)，使催化劑在其表面更容易“生根發(fā)芽”。

然后，研究人員通過(guò)水熱法讓鈷、鉬、釕在碳布上自發(fā)組裝成納米結(jié)構(gòu)，最后經(jīng)過(guò)退火處理增強(qiáng)穩(wěn)定性。

整個(gè)流程簡(jiǎn)單、可控，而且能夠擴(kuò)大制備——這對(duì)未來(lái)的工業(yè)化應(yīng)用至關(guān)重要。

來(lái)源：Korea Institute of Energy Research (KIER)

最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人振奮。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，這種被稱為“Ru/CoMoO?@CC”的電極材料表現(xiàn)極其出色。

經(jīng)過(guò)處理的碳布具有高度親水性，可使鈷、鉬和釕離子均勻分布。即使釕含量?jī)H為1%（重量比例），與傳統(tǒng)的鈷鉬催化劑相比，該電極材料依然展現(xiàn)出更低的過(guò)電位。

而過(guò)電位的降低意味著更優(yōu)異的電化學(xué)性能，可降低氫氣生產(chǎn)的能源成本。

在天然海水電解液中，該電極材料僅需72mV的過(guò)電位就能實(shí)現(xiàn)10 mA/cm2的電流密度，而未添加釕的傳統(tǒng)鈷鉬催化劑則需要195 mV的過(guò)電位。

更令人印象深刻的是，在500 mA/cm2的高電流密度下——這已經(jīng)是工業(yè)級(jí)應(yīng)用的指標(biāo)——它能夠連續(xù)運(yùn)行超過(guò)30天而性能幾乎不衰減。

來(lái)源：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2025.163534

通過(guò)高分辨透射電鏡和X射線光電子能譜分析，研究人員發(fā)現(xiàn)，釕的引入不僅提高了材料的導(dǎo)電性，還穩(wěn)定了鈷和釕的價(jià)態(tài)，使得催化劑在反應(yīng)過(guò)程中能夠“自我優(yōu)化”：鈷和鉬的離子會(huì)自發(fā)還原成更活潑的價(jià)態(tài)，而釕則部分氧化形成氧化釕，進(jìn)一步保護(hù)了材料結(jié)構(gòu)。

韓教授表示：“這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用是世界上首個(gè)實(shí)現(xiàn)在海水電解中使用碳布電極材料、并在工業(yè)級(jí)大電流條件下成功運(yùn)行超過(guò)一個(gè)月的案例。”

“我們計(jì)劃通過(guò)超過(guò)1,000小時(shí)的延長(zhǎng)耐久性測(cè)試以及擴(kuò)大到大面積電池模塊和堆棧的研究，進(jìn)一步將該技術(shù)推進(jìn)到演示水平。” 韓教授補(bǔ)充道。

該團(tuán)隊(duì)還生產(chǎn)了25 cm2版本的電極，表明其具有工業(yè)模塊的可擴(kuò)展性。結(jié)合在真實(shí)海水條件下已證實(shí)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，這一發(fā)展可以加速海水電解的工業(yè)應(yīng)用。