哈工大全媒体（刘培香 周伟 于洋 文/图）近日，我校能源科学与工程学院高继慧教授团队周伟教授在海水直接电解制氢催化界面动态保护机制研究中取得重要进展，通过原位监测催化剂自重构与界面氢键的动态演化过程，首次揭示了催化剂重构与催化稳定性的关联，为攻克海水制氢氯腐蚀难题提供了全新的催化剂设计新思路。研究成果以《重新定义催化剂重构与Cl^-排斥的相关性以解析海水电解中界面的动态保护机制》（Redefining catalyst reconstruction and Cl--repulsion correlation to delineate a dynamic protective skeleton for seawater splitting）为题发表在《自然通讯》（Nature Communications）。

图1 NiFeS催化剂重构及强化界面氢键网络筛分OH^-/Cl^-机制

国家“十五五”规划纲要提出，规范有序推进深远海风电开发。相比铺设高成本海底电缆，海水制氢被认为是深远海风电发展破局的关键技术。海水中氯离子引发的腐蚀问题，是制约海水直接电解制氢技术走向应用的首要障碍。前期研究表明，在碱性环境中催化剂的主动重构不仅生成了高活性的层状双氢氧化物，非金属元素的溶出在催化剂表面形成一层保护层，使催化剂的稳定性得到提高。但对其内在机理，尤其是阴离子如何主动参与并强化界面稳定性，一直缺乏原子尺度的直接证据与合理解释。这一理论认知的空白，严重限制了理性设计高性能催化剂的发展。 

研究团队创新性地采用Fe-S两步刻蚀法，成功合成大尺寸（1m²）NiFeS催化剂，通过结合原位拉曼、原位同步辐射监测了NiFeS的动态重构过程，并通过AIMD模拟和原位拉曼光谱证明硫浸出后形成的SO4^2-有效增强了界面氢键网络，实现OH^-优先传质并抑制Cl^-扩散。重构后形成的高活性NiFe LDH和SO4^2-在自然海水中实现了1.0 A/cm²下2000小时的高稳定电解，并可实现在连续频繁启停下运行1500次。本研究重新定义了催化剂重构与抗氯性之间的关联，强调了催化剂重构对海水稳定电解的重要性，为设计海水直接电解制氢催化剂及工艺路线提供了关键依据。

图2 催化剂重构及OH^-/Cl^-筛分机制示意图

在前期工作中，团队通过碱性海水中阳极界面反应调控及离子传递过程调控，实现了大电流下千小时稳定海水电解制氢。研究团队目前正在验证基于该催化体系的10kW原型样机的稳定性。前期相关成果发表在《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）、《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）、《ACS催化》（ACS Catalysis）、《ACS可持续化学工程》（ACS Sustainable Chemistry & Engineering）等期刊，获得国内外同行的广泛关注。

哈工大能源科学与工程学院为论文唯一通讯单位。能源科学与工程学院博士研究生于洋为论文第一作者，周伟教授为论文通讯作者，博士研究生周晓涵、张学伟、陈英健和硕士研究生袁骏舒，李旭函助理研究员、孟晓晓副教授、孙飞教授、高继慧教授、赵广播教授，以及济南大学博士后夏霄、山东大学张立强教授、国能台山电厂王星星参与相关研究工作。该研究获得国家储能技术产教融合创新平台及国家自然科学基金项目、黑龙江省揭榜挂帅科技攻关项目的支持。 

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-69755-9