近日，中国工程院院士谢和平及其以深圳大学为第一单位的深圳大学、四川大学博士团队在《自然》杂志上发表了他们的研究成果。本研究首次从物理力学与电化学相结合的新思路出发，建立了相变迁移驱动的海水原位直接制氢的新原理和新技术。本次研究另辟蹊径，完全隔离海水离子，同时实现了高效原位直接电解海水制氢的突破，无需脱盐过程、副反应和额外能耗，即以海水作为纯净水，在海水中直接原位电解制氢。这解决了海水直接电解制氢的难题，有望形成中国独创的“海洋绿色氢”全球战略新产业。
《自然》杂志的评审专家这样评价这一成果:“很少有论文能够令人信服地实现大规模稳定的海水制氢，但这篇论文的工作恰恰做到了这一点。他们完美解决了长期困扰海水制氢领域的有害腐蚀性问题，将打开低成本燃料生产的大门，有望推动向更可持续的世界转型！”
据介绍，绿色零碳氢能是未来能源发展的重要方向。海洋是地球上最大的氢矿。向大海要水是未来氢能发展的一个重要方向。然而，海水的复杂成分导致海水制氢面临许多困难和挑战。先淡化后制氢是海水制氢的一条成熟技术路径，世界上许多国家都开展了大规模的示范工程。但这种技术严重依赖大型海水淡化设备，工艺流程复杂，占用大量土地资源，进一步增加了制氢成本和工程建设难度。
在20世纪70年代初，一些科学家问海水是否可以直接电解产生氢气。半个世纪以来，国内外许多知名研究团队借助催化剂工程和膜材料科学，针对析氯副反应、钙镁沉淀、催化剂失活等问题进行了大量的探索和研究。然而，一直没有突破性的理论和原理能够完全避免海水复杂成分对电解制氢的影响，大规模高效稳定的海水直接电解制氢的原理和技术在国际上还是空白。
谢和平院士提出了将物理力学与电化学相结合的新思路，以解决海水直接电解面临的问题和挑战，从而开创了原位直接电解海水不脱盐的新原理和新技术。通过将分子扩散、界面相平衡等物理力学过程与电化学反应巧妙结合，建立了相变迁移驱动的海水直接电解制氢理论模型，揭示了微米级气隙路径下界面压差对海水自发相变和传质的影响机理。形成了具有电化学反应和海水迁移的动态自调节稳定电解制氢方法，解决了困扰海水电解制氢领域半个世纪的有害腐蚀性难题。
同时，谢和平院士团队开发了世界首台400L/h海水原位直接电解制氢技术和设备，在深圳湾连续运行超过3200小时，实现了稳定、规模化的海水制氢过程。此外，研究团队还进一步开发了酸性和碱性固体凝胶电解质，以表明相变迁移策略适用于不同的电解质材料，这有望伴随PEM和AEM电解技术的迭代发展。据报道，这一原理技术可被探索和推广到从河水、废水、盐湖等多样化水资源中直接原位制氢，为资源富集和能源生产提供了一种多效利用的新思路。正如《自然》杂志的评论者对这项研究的高度评价:“这项工作提供了一个有吸引力的策略，即在社会和生态中使用非饮用水来生产可持续燃料。我认为这是一个重大突破！”
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