謝和平院士團隊發(fā)表Nature子刊綜述，解碼海水直接制氫從基礎(chǔ)研究到工程落地全路徑

深圳新聞網(wǎng)2026年4月10日訊（記者 何亞南）4月9日，謝和平院士團隊在Nature Reviews Clean Technology發(fā)表了題為“From micromechanisms to macro-engineering in direct seawater electrolysis”的Perspective（觀點性綜述）成果。該研究首次將真實海洋環(huán)境多因素耦合作用納入海水制氫研究體系，系統(tǒng)打通了從微觀反應機制到宏觀工程放大的全鏈條認知，創(chuàng)新性提出海水直接電解制氫規(guī)模化產(chǎn)業(yè)化應用的系統(tǒng)評估框架，為“海洋綠氫”產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了核心理論支撐與方向指引。

能源是人類社會發(fā)展的基石，更是全球高科技競爭和戰(zhàn)略博弈的制高點。長期以來全球能源體系與開發(fā)路徑始終錨定“資源稟賦”來構(gòu)建，化石能源與風、光、水等可再生能源的開發(fā)都受各國資源儲量和地理分布的制約，導致全球現(xiàn)有能源體系持續(xù)供給的巨大風險和地緣博弈。氫能是21世紀重要的終端能源之一，而現(xiàn)有制氫依賴化石能源重整或純水電解，仍難以跳出“資源依賴”的束縛：前者伴隨大量碳排放，后者受電力供給與淡水資源雙重限制，難以滿足“雙碳”戰(zhàn)略與全球能源轉(zhuǎn)型的巨大需求。海水直接制氫將打破能源供給對地域資源以及以錨定“資源稟賦”構(gòu)建的傳統(tǒng)能源開發(fā)現(xiàn)有路徑的深度依賴，成為推動能源體系變革的核心戰(zhàn)略突破口，更是全球各國確保能源安全與能源自主的未來發(fā)展趨勢。

自20世紀70年代Williams提出海水直接電解制氫構(gòu)想以來，國際海水直接制氫研究多聚焦于催化劑改性、非對稱電解和膜孔篩分，始終未能徹底解決海水復雜組分引發(fā)的析氯副反應、催化劑失活、系統(tǒng)腐蝕等行業(yè)共性難題。同時，絕大多數(shù)研究基于理想模擬海水體系開展，缺乏對真實海洋環(huán)境中海水成分波動、風浪擾動、鹽霧腐蝕、可再生能源出力波動等多因素耦合作用的系統(tǒng)認知，導致實驗室成果與工程化應用之間存在巨大鴻溝，成為制約海水制氫規(guī)模化落地的核心瓶頸。

海水直接制氫的靜態(tài)與動態(tài)挑戰(zhàn)。

針對上述技術(shù)發(fā)展核心痛點，本研究系統(tǒng)梳理了海水直接電解過程的關(guān)鍵微觀機制，明確了復雜離子環(huán)境下析氧/析氯競爭反應、鈣鎂離子沉積、界面?zhèn)髻|(zhì)變化等對海水直接電解制氫系統(tǒng)的穩(wěn)定性與能量效率影響作用機制；并結(jié)合國際主流技術(shù)路線，系統(tǒng)分析了不同方案的工程放大適用性與局限性，首次建立了微觀反應機制與宏觀系統(tǒng)運行之間的關(guān)聯(lián)認知準則，填補了領(lǐng)域內(nèi)微觀基礎(chǔ)與工程應用脫節(jié)的研究空白。其中，謝和平院士團隊原創(chuàng)的相變遷移海水直接制氫路徑（Nature, 2022, 612, 673-678；2022年度科技部“中國科學十大進展”），通過界面壓差驅(qū)動海水自發(fā)“液-氣-液”相變傳質(zhì)，從原理上徹底避免了海水復雜組分對電解系統(tǒng)的毒性和腐蝕性難題，實現(xiàn)了無額外能耗下將海水等同于純水直接電解制氫，在真實海水工況下展現(xiàn)出極強的長周期穩(wěn)定運行潛力，成為本文提出的系統(tǒng)評估框架的實踐案例驗證。

相變遷移海水直接電解制氫：從原理到器件。

本研究首次將研究視角從實驗室理想體系拓展至真實海洋工程場景，構(gòu)建了涵蓋材料性能、界面過程、裝置結(jié)構(gòu)、海洋環(huán)境因素、可再生能源適配性的全維度系統(tǒng)評估框架，為海水制氫全鏈條技術(shù)優(yōu)化、工程化設(shè)計與規(guī)模化放大提供了清晰、可量化的指導標準，標志著海水直接電解制氫研究從單一指標探索，正邁入面向?qū)嶋H工程應用的系統(tǒng)化評估和工程產(chǎn)業(yè)化推進新時代。同時，該成果系統(tǒng)梳理了海水直接制氫“微觀機制—系統(tǒng)放大—環(huán)境適應性”的發(fā)展脈絡(luò)和全鏈條理論體系，明確了真實海洋場景下的核心研究方向，不僅為全球海水制氫不同技術(shù)路徑的協(xié)同發(fā)展提供了統(tǒng)一的理論參考，更為推動海水直接制氫技術(shù)從實驗室邁向規(guī)模化產(chǎn)業(yè)化應用奠定了理論基礎(chǔ)。

真實海洋環(huán)境視角下的海水制氫。

未來，隨著海上可再生能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，海水直接制氫有望在該系統(tǒng)框架的指引下實現(xiàn)多路徑協(xié)同突破，率先搶占全球“海洋綠氫”戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的理論與技術(shù)制高點，打造“海上風電+海水直接制氫”一體化的“海洋綠氫”全新產(chǎn)業(yè)賽道，為全球碳中和目標實現(xiàn)提供“中國方案”，更為我國能源自主可控與戰(zhàn)略安全提供核心支撐。

（本文由深大供圖）