相變遷移驅(qū)動的海水無淡化原位直接電解制氫原理

綠色零碳?xì)淠苁俏磥砟茉窗l(fā)展的重要方向。隨著氫能爆發(fā)式增長，預(yù)計到2060年，我國氫氣年需求量將達(dá)1.3億噸，屆時每年需要消耗約11.7億噸電解用純水。然而，淡水資源緊缺將嚴(yán)重制約“綠氫”技術(shù)的發(fā)展。海洋是地球上最大的氫礦，向大海要水是未來氫能發(fā)展的重要方向。但復(fù)雜的海水成分（約92種化學(xué)元素）導(dǎo)致海水制氫面臨諸多難題與挑戰(zhàn)。先淡化后制氫是當(dāng)前最成熟的海水制氫技術(shù)路徑，目前已在全球多國開展規(guī)?；痉豆こ添椖?。

但該類技術(shù)嚴(yán)重依賴大規(guī)模淡化設(shè)備，工藝流程復(fù)雜且占用大量土地資源，進(jìn)一步推高了制氫成本與工程建設(shè)難度。上世紀(jì)70年代初有科學(xué)家提出，海水可否直接電解制氫呢？半個世紀(jì)以來，美國斯坦福大學(xué)、法國國家科學(xué)研究中心、澳大利亞阿德萊德大學(xué)、中國科學(xué)院等國內(nèi)外知名研究團(tuán)隊通過催化劑工程、膜材料科學(xué)等手段進(jìn)行了大量探索研究，旨在破解海水直接電解制氫面臨的析氯副反應(yīng)、鈣鎂沉淀、催化劑失活等難題。然而一直未有突破性的理論與原理徹底避免海水復(fù)雜組分對電解制氫的影響，可規(guī)?；母咝Х€(wěn)定海水直接電解制氫原理與技術(shù)仍是世界空白。

謝和平院士提出了從物理力學(xué)與電化學(xué)相結(jié)合的全新思路，破解海水直接電解制氫面臨的難題與挑戰(zhàn)，從而創(chuàng)造性地開創(chuàng)了海水無淡化原位直接電解制氫新原理與技術(shù)。該成果通過將分子擴(kuò)散、界面相平衡等物理力學(xué)過程與電化學(xué)反應(yīng)巧妙結(jié)合，建立了相變遷移驅(qū)動的海水直接電解制氫理論模型，揭示了微米級氣隙通路下界面壓力差對海水自發(fā)相變傳質(zhì)的影響機(jī)制，形成了電化學(xué)反應(yīng)協(xié)同海水遷移的動態(tài)自調(diào)節(jié)穩(wěn)定電解制氫方法，破解了有害腐蝕性這一困擾海水電解制氫領(lǐng)域的半世紀(jì)難題（已申請專利：CN2021110197054；CN114481164A；CN2022110704439；CN2022110748884；PCT/CN2022/128225）。

與此同時，謝和平院士團(tuán)隊研制了全球首套400L/h海水原位直接電解制氫技術(shù)與裝備，在深圳灣海水中連續(xù)運行超3200小時，令人信服的從海水中實現(xiàn)了穩(wěn)定和規(guī)?；茪溥^程。此外，該研究團(tuán)隊還進(jìn)一步開發(fā)了酸性和堿性固態(tài)凝膠電解質(zhì)，以表明相變遷移策略適配不同電解質(zhì)材料，并有望伴隨PEM和AEM電解技術(shù)迭代發(fā)展。據(jù)悉，該原理技術(shù)可探索推廣到多元化水資源（如河水、廢水、鹽湖等）直接原位制氫，為資源富集濃縮與能源生產(chǎn)提供多效利用新思路。正如《Nature》審稿人對該研究給予的高度評價：“這項工作提供了一種有吸引力的策略，可以將非飲用水用于社會和生態(tài)中可持續(xù)燃料的生產(chǎn)，我認(rèn)為這是一個重大突破！”

“海水無淡化原位直接電解制氫”融匯多學(xué)科理論，是我國自主研發(fā)的原創(chuàng)性原理與技術(shù)突破，開辟了全球海水制氫的全新路徑；該技術(shù)可集“海上風(fēng)電等可再生能源利用-海水資源利用-氫能生產(chǎn)”為一體，可望形成無淡化、無額外催化劑工程、無海水輸運、無污染處理的原位海水直接電解制氫全新模式，真正意義上將取之不盡的“海水資源”轉(zhuǎn)化為“海水能源”。該技術(shù)未來可構(gòu)建與海上可再生能源相結(jié)合的一體化原位海水制氫工廠，有望成為深遠(yuǎn)海可再生電力大規(guī)模開發(fā)的破局關(guān)鍵，加速推進(jìn)形成多能互補的中國原創(chuàng)“海洋綠氫”全球新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。

深圳大學(xué)：6年，12篇CNS

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根據(jù)青塔統(tǒng)計，2016年-2022年，深圳大學(xué)發(fā)表CNS論文數(shù)為12篇，其中Nature論文數(shù)8篇，science論文數(shù)4篇，其中八篇為第一作者單位。數(shù)量上位列國內(nèi)第34名。

11月15日，第二十四屆高交會暨2022西麗湖論壇開幕上，深圳大學(xué)校長毛軍發(fā)分享了深圳大學(xué)建設(shè)世界一流大學(xué)的特別要求：?“在本世紀(jì)中葉可以培養(yǎng)出10位馬化騰級別的杰出校友、產(chǎn)生3項諾獎級的研究成果、為深圳建設(shè)中國’硅谷’發(fā)揮類似斯坦福的作用。