近日，我所燃料电池研究部燃料电池系统科学与工程研究中心（DNL0301组群）邵志刚研究员团队联合澳大利亚科廷大学邵宗平教授团队，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。
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。
在本工作中，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（Mg2+）、钙离子（Ca2+），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。
近年来，邵志刚团队致力于直接海水电解制氢领域研究，在电极材料的设计制备与电解液改性方面取得系列进展（J. Energy Chem., 2024；Adv. Funct. Mater., 2025；ACS Energy Lett., 2025；J. Energy Chem., 2026；Appl. Catal. B Environ. Energy, 2026）。
相关研究成果以“Electric Double Layer Engineering Induces O‑Down Interfacial Water Reorientation for Efficient and Long-Term Seawater Electrolysis”为题，发表在《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）上。该工作的第一作者是我所DNL0301组群博士研究生李童州。上述工作得到国家重点研发计划、辽宁滨海实验室等项目的资助。（文/图 李童州、袁秀忠）
