利用海水替代淡水進行電解制氫被認為是一種經(jīng)濟、可持續(xù)的技術。目前，海水電解存在著陽極穩(wěn)定性差的問題，制約了其進一步的發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)海水中高濃度的Cl-會造成陽極的嚴重腐蝕，導致電極快速失效。因此，科學家設計了許多具有抗Cl-腐蝕層的催化劑來提高的鎳基陽極的穩(wěn)定性。然而，這些耐Cl-腐蝕的陽極在堿性海水中測試的穩(wěn)定性明顯短于堿性模擬海水（0.5 M NaCl）。因而探明海水中其他化學成分對陽極穩(wěn)定性的不利影響對于提升陽極壽命、實現(xiàn)海水電解的工業(yè)化應用至關重要。
近期，中國科學院寧波材料技術與工程研究所氫能實驗室研究員陸之毅帶領的電化學環(huán)境催化團隊，聯(lián)合中國科學院海洋新材料與應用技術重點實驗室研究員汪愛英帶領的碳基薄膜與涂層技術團隊，基于前期對海水電解陽極穩(wěn)定性的研究，在海水電解陽極腐蝕機理研究方面取得了新進展。該團隊發(fā)現(xiàn)除了Cl-以外，海水中的Br-對鎳基陽極的危害更大。本研究利用循環(huán)極化曲線發(fā)現(xiàn)鎳基底在含Br-溶液中的耐腐蝕性比含Cl-溶液的差，且在含Br-溶液中的腐蝕速率更快。進一步的電化學原位表征發(fā)現(xiàn)，Cl-會造成基底的局部腐蝕，形成窄而深的凹坑，而Br-則會大面積腐蝕，形成淺而寬的凹坑。深入的機理分析表明，Cl-有更低的擴散勢壘，更易擴散進入基底鈍化層進行腐蝕，而Br-與鈍化層反應的自由能更低，傾向于多位點快速腐蝕。此外，對于表面含有催化劑（如NiFe-LDH）的鎳基電極，Br-會導致催化劑層大面積剝落，致使性能迅速下降。
研究表明，除了抗Cl-腐蝕外，設計抗Br-腐蝕陽極對于海水電解的實際應用更為重要。相關研究成果以Concerning the stability of seawater electrolysis: a corrosion mechanism study of halide on Ni-based anode為題，發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications，DOI：10.1038/s41467-023-40563-9）。
研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、寧波市“甬江引才工程”科技創(chuàng)新/創(chuàng)新團隊項目、浙江省研發(fā)計劃先導項目、寧波市科技創(chuàng)新2025重大專項項目、國家自然科學基金和寧波市自然科學基金的支持。
