氫能在工業脫碳中發揮重要作用，從煉鋼到發電，各行各業都在探索利用氫能來減少碳排放。

然而，目前絕大多數氫氣仍來自天然氣重整，過程中會排放大量二氧化碳。

水電解制氫提供了一種可持續的生產方法，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動的情況下。

但目前大多數電解水系統仍然依賴淡水。由于氣候變化、人口增長以及農業和工業的競爭需求，淡水資源面臨越來越大的壓力。

地球上的淡水本來就不夠用，哪還能用來大量制氫？

于是，科學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。

但海水電解有一個致命的難題：海水中的鹽分（氯離子）、微生物和雜質會嚴重腐蝕電極，導致催化劑迅速失效。

尤其是在高電流密度下（這是工業化規模生產必須達到的條件），幾乎沒有哪種電極系統能扛得住海水的“折磨”。

不過，令人欣慰的是，韓國的研究人員表示，他們已經朝著解決這些問題邁出了重要一步。

韓國能源研究院（KIER）的Ji-Hyung Han博士團隊最近開發出一種基于碳布（CC）的電極，并在碳布上構建了釕（Ru）修飾的CoMoO?催化劑（Ru/CoMoO?@CC）。

該電極材料實現了更加高效、穩定的堿性海水電解制氫。在工業級500 mA/ cm2電流密度下，該電極材料可保持穩定性能并運行800小時以上。

該發現凸顯了Ru、Co、Mo和碳布之間獨特的協同作用，展現了該催化劑在海水電解中高效、耐用的潛力。這些進展將為降低對貴金屬的依賴、實現經濟高效的制氫鋪平道路。

來源：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2025.163534

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

釕的價格只有鉑的十分之一，吸附氫的能力卻和鉑相近，是個“低調的實力派”。不過，釕在堿性環境中的表現并不穩定，單獨使用效果有限。

而這篇發表在《Applied Surface Science》上的論文提供了一種巧妙的思路：不單獨使用釕，而是將它“鑲嵌”到另一種廉價的金屬化合物中，形成“協同作戰”的團隊。

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

在海水電解中，電極基底對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迅速腐蝕。而碳布因其導電性、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：現有的碳布電極難以承受500 mA/cm2以上的大電流運行超過100小時——這是工業應用的基本門檻。

研究團隊通過優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，使催化劑在其表面更容易“生根發芽”。

然后，研究人員通過水熱法讓鈷、鉬、釕在碳布上自發組裝成納米結構，最后經過退火處理增強穩定性。

整個流程簡單、可控，而且能夠擴大制備——這對未來的工業化應用至關重要。

來源：Korea Institute of Energy Research (KIER)

最終的實驗結果令人振奮。在實驗室測試中，這種被稱為“Ru/CoMoO?@CC”的電極材料表現極其出色。

經過處理的碳布具有高度親水性，可使鈷、鉬和釕離子均勻分布。即使釕含量僅為1%（重量比例），與傳統的鈷鉬催化劑相比，該電極材料依然展現出更低的過電位。

而過電位的降低意味著更優異的電化學性能，可降低氫氣生產的能源成本。

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

更令人印象深刻的是，在500 mA/cm2的高電流密度下——這已經是工業級應用的指標——它能夠連續運行超過30天而性能幾乎不衰減。

來源：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2025.163534

通過高分辨透射電鏡和X射線光電子能譜分析，研究人員發現，釕的引入不僅提高了材料的導電性，還穩定了鈷和釕的價態，使得催化劑在反應過程中能夠“自我優化”：鈷和鉬的離子會自發還原成更活潑的價態，而釕則部分氧化形成氧化釕，進一步保護了材料結構。

韓教授表示：“這項技術應用是世界上首個實現在海水電解中使用碳布電極材料、并在工業級大電流條件下成功運行超過一個月的案例。”

“我們計劃通過超過1,000小時的延長耐久性測試以及擴大到大面積電池模塊和堆棧的研究，進一步將該技術推進到演示水平。” 韓教授補充道。

該團隊還生產了25 cm2版本的電極，表明其具有工業模塊的可擴展性。結合在真實海水條件下已證實的長期穩定性，這一發展可以加速海水電解的工業應用。