海水直接电解制氢、制氯一直被视为能源与化工领域的革命性梦想，但科学家在实验室模拟理想的海水体系难以解决析氯副反应、催化剂中毒、系统腐蚀等技术难题。更关键的是，真实海洋中海水成分、风浪冲击、盐雾腐蚀等多种难题导致实验室成果与工程应用间存在鸿沟。

日前，中国工程院院士谢和平团队和国家纳米科学中心研究员赵慎龙团队分别在《自然综述－清洁技术》和《自然－合成》发表论文，报道了在海水直接制氢、制氯领域的新突破。两项研究从不同层面为海水资源化利用扫清了障碍，也为全球低碳转型提供了“中国路径”。

海水制氢。AI制图

打通“全链条认知”，为产业化推进提供路线指引

“我们这项研究首次将真实海洋环境多因素耦合作用纳入海水制氢研究体系，构建了涵盖材料性能、界面过程、装置结构、海洋环境因素、可再生能源适配性等全维度的系统认识，打通了直接海水电解领域从微观反应机制到宏观工程放大的全链条认知。”谢和平告诉《中国科学报》。

近日，谢和平团队在《自然综述－清洁技术》发表论文，系统梳理了海水制氢行业主流的四类技术路径（电催化剂改性、非对称电解、孔径筛分、相变迁移）的微观作用原理，明确了不同路径抑制海水析氯副反应、抗钙镁沉淀、提升长期稳定性的核心机制。该团队依据多年示范经验，明确了不同技术路线从实验室小试到工业化放大的核心瓶颈，并针对性提出适配真实海洋复杂工况的系统设计和评估框架，为全行业产业化推进提供了清晰的路线指引。

其中，团队原创的相变迁移海水无淡化直接制氢技术最具颠覆性。该技术通过界面压差驱动海水自发完成“液-气-液”相变传质，从原理上隔绝了海水复杂离子与电解核心部件的接触，一举解决了腐蚀与中毒难题。

目前，该技术已完成从实验室到真实海洋和规模化的跨越：2023年5月，该团队联合东方电气实现全球首个1.2Nm3/h海上风电耦合海水无淡化原位直接制氢海试；2025年1月，他们在广东南沙建成110Nm3/h（500千瓦级）示范工程，完成百倍规模放大；当前正联合东方电气、国家电投推进200Nm3/h（兆瓦级）规模化海试。

降耗50%，原料降本超80%

赵慎龙课题组在发表于《自然－合成》的论文中，从高熵合金纳米材料结构设计、反应机理解析到海水电解系统构建与技术经济评估，系统展示了海水直接电合成氯气的可行技术路线。

“我们这项研究最大的亮点是提出了一种新的反应与工艺耦合路线。”赵慎龙对《中国科学报》说，“与高能耗的传统氯碱工艺依赖高纯盐水不同，该技术直接利用海水作为原料，实现氯气、氢气及氢氧化钠的高效协同生产。”

相较于水电解中的析氧反应（四电子过程），析氯反应为两电子反应，在合理催化剂设计下可实现更快的反应动力学。同时，氯气作为重要的大宗化工原料，比氧气的工业应用价值更高。该研究为海水资源的高值利用及新型氯碱工艺的发展提供了新的技术路径。

海水取之不尽、用之不竭，但目前利用起来依然困难很多。如海水电解过程中，目标产物选择性差、腐蚀性及电极如何稳定等问题，让海水资源无法利用或利用成本过高。

“选用超细高熵合金纳米线电催化电极很好解决了这一问题，这也是该研究的另一个亮点。”赵慎龙介绍说，研究高熵合金的灵感来自海洋运输领域。近年来，人们尝试在轮船下面挂高熵材料来抵抗船体腐蚀。受此启发，赵慎龙团队一直在高熵合金方面寻找突破。他们通过纳米加工技术，将高熵合金的活性中心暴露出来，让材料既有高效的选择性和催化活性，又具备耐腐蚀性和长时间的服役稳定性。

“这样，未来真正工程化的时候，才会更简单。”赵慎龙说，“发文章很重要，但技术研究的最终目标还是希望能真正促进产业发展。”

通过自主构建的海水流动电解体系，赵慎龙团队发现电极能在工业级电流密度10 千安每平方米条件下实现超过98%的析氯选择性，并稳定运行超过5500小时。技术经济分析表明，该体系相较传统氯碱工艺可显著降低32.8%的总生产成本，其中高熵合金电极促使电力消耗降低超50%，海水替代高纯盐水使原料成本降低超80%。

“研究结果表明，高熵纳米材料在复杂严苛的电解环境中具备独特的稳定性与电子调控能力，为开发新一代绿色氯碱及海水电解技术提供关键支撑。”赵慎龙说。

向海图强：逐步推进商业化落地

“谢院士团队的研究我们也关注了。”赵慎龙说，“我们的目的一样、概念相似，都聚焦海水资源高值利用，将海水‘变废为宝’,也都涉及电解体系中的关键界面与工程问题，只是技术目标和实现路径不同。”

目前，赵慎龙等人正积极和工业界接触，包括与中东地区国家的公司推进海水利用方面的交流合作，希望该技术尽快应用起来。

“我们一方面做电极制备，另一方面也进行电解水研究。”赵慎龙说，“我们在湖南常德建了一个中试产线，目前已经完成1万平方米的材料放大，接下来会继续扩大产线，但真正量产仍需要整合资源。”

谢和平认为，他们的研究建立了微观反应机制与宏观系统运行之间的关联认识，填补了领域内微观机制与工程应用脱节的空白。但“不同技术路径的产业化进度有所差异”。

“打通从实验室机理研究到工程放大的技术逻辑，给出了可落地的实现路径，并不意味着完全成熟到大规模工业化应用。”谢和平说，“目前我们正联合东方电气、国家电投推进200Nm3/h（兆瓦级）规模化海水无淡化直接制氢海试。下一步我们将优先在离岸风电场景下进一步开展示范应用，逐步推进商业化落地。”

相关论文信息:?

https://doi.org/10.1038/s44359-026-00160-7

https://doi.org/10.1038/s44160-026-00999-5