近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员邵志刚团队联合澳大利亚科廷大学教授邵宗平团队，在直接海水电解制氢阴极界面调控研究中取得新进展。团队通过向海水电解液引入螯合剂乙二胺四亚甲基膦酸钠（EDTMPS），开展双电层工程化调控，同步解决了海水析氢动力学迟缓，以及阴极钙、镁氢氧化物沉积等关键难题，实现了安培级电流密度下长周期稳定海水电解。相关论文信息发表在《先进能源材料》。

氢能是助力实现“双碳”目标的理想清洁能源载体，海水电解制氢可避免淡水资源消耗，还可耦合海上风电、潮汐能等可再生能源，具备规模化应用潜力。但天然海水体系复杂，一方面近中性环境下水解离能垒高，析氢反应动力学缓慢；另一方面，析氢导致阴极界面局部pH升高，海水中的钙镁离子易生成氢氧化物沉淀覆盖、堵塞活性位点，制约电解池的稳定性。如何简单高效地突破上述问题，是该领域面临的核心挑战。

本工作中，团队向海水电解体系中引入多功能螯合剂EDTMPS，提出了一种电解液介导的双电层调控策略。研究发现：吸附在铂（Pt）电极表面的EDTMPS，一方面可通过螯合作用捕获海水中的镁离子、钙离子，抑制氢氧化物的成核与生长；另一方面能够破坏界面水分子的氢键网络，提升反应活性更高的低氢键配位水分子占比。与此同时，EDTMPS可增大双电层厚度、削弱界面电场强度，驱动界面水分子由传统的H?down构型向利于吸附的O?down构型翻转，降低水分子重组与解离能垒。此外，EDTMPS中大量的磷—氧（-[P?O]-）基团可与Pt活性位点形成双功能协同效应，进一步加速水的解离过程，提升了析氢活性。基于该策略组装的海水电解池，在2.41 V下即可实现1 A cm^-2的工业级电流密度，并可在安培级动态电流密度条件下稳定运行2500小时。

该工作阐明了电解液改性对电极—电解液界面水分子构型及双电层结构的调控机制，为发展高效、稳定的直接海水电解制氢技术提供了新思路。

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/aenm.71429