基于过渡金属的电解海水制氢催化剂研究进展
王红霞1，陈艳1，韩楠1，王安哲1，苏猛1，李佳2，杨天让2（1.北京电力设备总厂有限公司；2.华北电力大学能源电力创新研究院）
摘要：电解海水制氢技术以丰富的海水资源为原料生产绿氢，既能有效解决海上可再生能源的就地消纳问题，又可节约宝贵的淡水资源，是实现碳达峰、碳中和目标的重要技术途径。然而，海水中复杂的离子成分会引发阳极竞争反应、电极腐蚀失活以及活性位点堵塞等问题，严重制约了电解效率和电解槽使用寿命。因此，开发具有高催化活性、高选择性和高稳定性的过渡金属基电解海水催化剂成为该技术产业化应用的关键。本文首先阐述了电解海水的基本原理，深入分析了海水中杂质离子对催化剂性能的影响机制。随后系统总结了构建高性能电解海水催化剂的有效设计策略，包括提高催化活性、增强选择性和改善稳定性的方法；接着详细综述了Ni、Co、Fe、Mo 等过渡金属基电解海水催化剂的最新研究成果，分析了不同催化剂的结构–性能关系，总结了用于电解海水的制氢装备。最后对该领域的发展现状进行了总结，并对未来研究方向进行了展望。
关键词：电解海水；过渡金属基催化剂；析氢反应；析氧反应
目录介绍
1 电解海水的基本原理及面临的挑战
1.1 阳极催化剂面临的挑战
1.2 阴极催化剂面临的挑战
2 电解海水催化剂设计
2.1 OER催化剂设计
2.1.1 优化催化剂的吸附行为
2.1.2 构建催化剂保护层
2.1.3 碱性设计原理
2.2 HER催化剂设计
2.2.1 设计高活性的催化剂
2.2.2 构建催化剂保护层
3 过渡金属基电解海水催化剂研究进展
3.1 OER催化剂
3.1.1 Ni基催化剂
3.1.2 Co基催化剂
3.1.3 Fe基催化剂
3.1.4 其他过渡金属基催化剂
3.2 HER 催化剂
3.2.1 Ni/Co基催化剂
3.2.2 Mo基催化剂
3.2.3 Fe基催化剂
3.2.4 其他过渡金属基催化剂
4 电解海水制氢装备
4.1 传统电解槽
4.1.1 碱性电解槽
4.1.2 质子交换膜电解槽
4.1.3 阴离子交换膜水电解槽
4.1.4 固体氧化物电解槽
4.2 新型电解槽
4.2.1 不对称进料电解槽
4.2.2 自驱动原位水净化膜直接电解海水装置
4.2.3 双极性膜电解海水装置
5 总结和展望
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