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针对海水电解制氢面临的 Cl?腐蚀与反应动力学迟缓难题，研究人员开发 Bi 掺杂 Ni-S 纳米颗粒 / 超亲水 / 水下超疏气 Cu 纳米线阵列（Bi-Ni-S/CuNW/CM）。原位拉曼、DFT 等表明其可抗腐蚀、提升催化活性，在 - 1000 mA cm?2 时 η 为 332 mV，稳定性超 100 h，为海水电解制氢提供新方法。
在能源短缺与环境问题日益严峻的当下，清洁高效的制氢技术成为全球关注焦点。海水作为地球主要水资源，其电解制氢潜力巨大，却面临两大棘手挑战：一是海水中高浓度 Cl?和 ClO?易吸附在催化剂表面，造成电极腐蚀与活性位点堵塞；二是碱性环境下镁 / 氢氧化钙沉积、微生物污染易导致电极钝化，且高电流密度下气泡堆积会降低催化效率。传统催化剂在碱性海水环境中稳定性与活性不足，难以满足工业化需求，因此开发兼具抗腐蚀能力与高效催化性能的电极材料迫在眉睫。
为攻克上述难题，天津科技大学的研究人员开展了相关研究，成果发表在《Fuel》。他们通过结合库仑排斥策略与电子效应，设计出 Bi-Ni-S/CuNW/CM 电催化剂，该催化剂在碱性海水环境中展现出优异的产氢性能，为海水电解制氢技术的实际应用提供了新方向。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：通过浸泡法在铜网（CM）表面生长 Cu (OH)2纳米线，经热处理脱水转化为 CuO 纳米线，再还原为 Cu 纳米线，最后利用电化学沉积法负载 Bi-Ni-S 纳米颗粒制备出催化剂；借助原位拉曼光谱分析催化剂表面微环境变化；运用密度泛函理论（DFT）计算探究电子结构调控机制；通过 X 射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对催化剂进行结构表征。
催化剂结构与性能表征
通过多步制备工艺成功合成 Bi-Ni-S/CuNW/CM 催化剂。XRD 和 SEM 结果显示，Cu 纳米线阵列均匀生长在铜网上，Bi-Ni-S 纳米颗粒紧密负载于纳米线表面，形成独特的超亲水 / 水下超疏气结构，增大了电化学活性表面积（ECSA），为高效催化提供了丰富活性位点。
抗腐蚀机制研究
原位拉曼光谱表明，催化剂表面的硫物种在催化过程中转化为 SO42-，形成富硫酸盐微环境。基于库仑排斥作用，SO42-与 Cl?、ClO?间的静电斥力有效阻止腐蚀性离子吸附，构建起保护屏障，显著提升电极抗腐蚀能力。
催化活性提升机制
DFT 计算显示，Bi 掺杂使 Ni 的 d 带中心（εd）下移，削弱了催化剂对氢中间体（H*）的过度吸附，优化了反应路径，加快了氢析出反应（HER）动力学，从而提升催化活性。
高电流密度下的性能表现
独特的纳米线阵列结构促进了气泡快速脱附，避免了高电流密度（>200 mA cm-2）下气泡堆积导致的活性位点遮挡问题，同时有效抑制阴极盐沉积，使催化剂在 - 1000 mA cm-2时过电位（η）为 332 mV，且在碱性海水中稳定运行超 100 小时，展现出卓越的耐久性。在 AEM 水电解槽中，该催化剂在 500 mA cm-2电流密度下稳定工作，验证了其实际应用潜力。
研究结论表明，Bi-Ni-S/CuNW/CM 催化剂通过库仑排斥与电子效应协同作用，成功解决了海水电解制氢中的腐蚀与动力学难题，其独特的纳米线阵列结构进一步优化了气泡管理与抗污染能力。该研究不仅为设计高效稳定的海水电解催化剂提供了新策略，也为缓解淡水短缺背景下的大规模制氢难题开辟了新路径，推动了氢能产业向可持续、低成本方向发展，对实现 “双碳” 目标具有重要意义。
