综述：最近在通过硫化氢（H2S）电解生产氢气的电极材料方面取得的进展 Ivelina Tsacheva, Mehmet Suha Yazici, Cenk Turutoglu, Gergana Raikova, Konstantin Petrov, Dzhamal Uzun

《Hydrogen》：Recent Advancements in Electrode Materials for Hydrogen Production via Hydrogen Sulfide (H2S) Electrolysis Ivelina Tsacheva, Mehmet Suha Yazici, Cenk Turutoglu, Gergana Raikova, Konstantin Petrov and Dzhamal Uzun

　　摘要 通过硫化氢（H2S）的水电解生产绿色氢气在解决可持续能源生产和环境保护相关挑战方面具有巨大潜力。对于工业应用而言，电催化分解被高毒性H2S污染的水具有吸引力，因为该过程：（i）比直接热分解H2S耗能更少；（ii）实现了高法拉第效率的氢气生产；（iii）还能产生具有附加价值的元素硫作为副产品。本综述简要讨论了含硫化物水源以及从H2S生产氢气的电化学方法，特别是直接法、间接法和电化学膜反应器（EMR）系统。为了在商业和经济上具有吸引力，这些方法需要通过开发低成本的电极材料来提高电解效率，这些材料必须能够抵抗硫中毒和腐蚀，同时具备高催化活性、增强稳定性和耐用性。早期的研究集中在基于碳的材料与贵金属氧化物、过渡金属化合物及相关材料的组合上。由于它们的实际性能有限，研究方向转向了具有独特晶体结构和设计的纳米结构电催化剂，这些催化剂在H2S电解方面显示出显著的性能提升。本综述强调了H2S电解生产氢气的潜力，并特别关注了电极材料的最新进展。

1. 引言
硫化氢（H2S）作为一种有毒、气味强烈且具有腐蚀性的气体，对环境构成风险，必须谨慎处理[1]。大量的H2S作为副产品产生于加氢脱硫过程、钢铁制造以及天然气或地热资源中[2,3,4]。例如，黑海在表面下约200米处就开始含有大量的H2S，预计这一H2S储量的氢气潜力约为4.6 × 10^9吨[5]。为了从天然气田和炼油厂中去除H2S，目前主要采用克劳斯工艺（Claus process），这是一种工业上成熟的技术。该工艺分两个阶段将H2S转化为硫，如下式所示：
H2S + 3/2O2 → H2O + SO2
SO2 + 2H2S → 3/xSx↓ + 2H2O
（1）
除了元素硫之外，硫化物氧化过程还会产生水作为副产品。然而，硫的回收效率仍然不足，需要超过900°C的温度。此外，SO2和CO2的排放也带来了需要克服的重大挑战。为了探索替代途径，科学家们正在开发热化学、生物化学、等离子体、电化学和光催化技术以实现高效的H2S转化[1,2,3,4,5,6]。
H2S的电催化分解是一种有前景的产氢技术，同时可以减少环境污染物。尽管这项技术具有潜力，但由于缺乏高效电催化剂，其实际应用受到了限制。尽管如此，研究主要集中在有害且丰富的工业H2S废物的转化上[7]。电化学技术具有多种优势，包括操作简便、成本效益高、环境可持续性和响应迅速。将电解槽与利用废热驱动的海水淡化装置集成在一起，可以形成一个循环的闭环系统。这种方法有效缓解了淡水供应的约束。实验数据证实，这种协同作用能够产生电导率为13.8 μS/cm的高纯度水，超过了传统自来水标准，并满足了商业电解槽原料的严格要求[8]。
淡水供应仍然是通过电解生产氢气的一个关键挑战。为了更全面地了解当前工艺的局限性，本研究强调了使用硫化氢作为替代方案的潜在优势。虽然理论计算通常假设“氢气上限”估计的原始水摄入量约为18 L/kg-H2，但实际需求要高得多。考虑到冷却和工厂平衡需求，总用水量在30到70 L/kg-H2之间，这凸显了对淡水资源的持续且不可持续的需求[8]。
因此，H2S电解提供了一种稳定可靠的方法来生产氢气，同时还能从水和空气中消除这种有害气体[9,10,11]。目前，水电解是一种研究广泛的方法，能够实现超过60%的效率。然而，降低电化学反应的极化程度对于进一步提高转化效率和减少能耗至关重要。为此，已经开发了多种专门用于废水处理的水电解方法。例如，城市废水中存在的氮物种、有机化合物、悬浮颗粒、细菌污染物、金属和溶解离子等都是阻碍直接电解的污染物。为了克服这些挑战，提出了基于膜的系统和高碱性电解质（例如5 M KOH或NaOH）用于受污染水的水电解[9,10,11,12,13]。Chauhan等人报告称，pH稳定性和废水质量对于微生物电解槽中的氢气生成至关重要，适当的电解质配方有助于防止不良副反应并维持高效的氢气生产[12]。Jiang等人研究了混合系统，如直接渗透-碱性水电解配置。这种设置使用KOH作为共享溶剂，可以从废水中直接高效产氢，同时保持低能耗[13]。Cassol等人研究了含有硫污染物的实际废水，发现易于氧化的物种（如亚硫酸盐和硫化物）可以显著降低阳极过电位并减少电力消耗。这种方法通过H2S和SO2氧化等反应实现了污染物的去除和氢气生成的增强[14]。氧气析出反应（OER）的动力学缓慢限制了其实际应用。Kim等人指出，开发耐硫阳极反应可以战略性地优先考虑硫化物氧化反应（SOR），从而提高氢气生产效率[15]。这种方法通过利用硫化氢的直接氧化，解决了传统水分解的动力学限制。H2S电解涉及在低电池电压下的阴极H2析出和阳极SOR[16]。用SOR替代OER可以将电解电位从1.23 V（水电解）降低到0.14 V（H2S电解），从而显著节省能源用于纯氢气的生产。这种低电解电位是由H2S的形成焓（-21 kJ/mol）决定的，导致氧化电位较低（+0.14 V）。因此，从热力学角度来看，H2S分解比水分解更有利（-286 kJ/mol和+1.23 V）。由于各种形式的元素硫对电极的毒化作用导致电极失活，这是阻碍电化学H2S电解商业化的主要问题[17,18,19]。
碱性电解由于在溶液中形成可溶性多硫化物化合物，因此比酸性电解更有利于H2S的氧化。在碱性溶液中进行H2S电解涉及多个化学和电化学步骤。SOR反应将在阳极发生，而不是较慢的OER反应，因此碱性电解更有利于H2S的氧化。从热力学的角度来看，SOR所需的能量显著较低（即ΔG? = 33.44 kJ mol^-1或电压>0.17 V），并且其电位低于OER。因此，H2S电解通过同时消除大气污染物和提供经济高效的氢气来源而具有双重好处。由于OER会产生气体，会产生大量气泡，覆盖电极表面并阻碍质量传输和动力学。在传统的水分解中，OER发生在阳极，而HER发生在阴极；这两种产气过程的耦合存在安全隐患，因为如果气体没有有效分离，可能会产生高度爆炸性的混合物。由于SOR不产生气体，因此消除了产生爆炸性气体混合物的风险。此外，从H2S电解中回收的硫可以用作肥料、基于硫的电池中的活性电极材料，以及用于聚合物和硫酸（H2SO4）生产行业。然而，这种可持续电解的广泛应用受到缺乏活性、稳定且经济可行的电催化剂的阻碍。迄今为止，H2S电解已经使用贵金属催化剂（如RuO2、Pt/C）以及非贵金属硫化物和氧化物进行了研究。活性材料的损失和电极表面非导电硫涂层的积累阻碍了硫化物直接转化为硫的过程。这种钝化作用阻断了活性位点，导致活性迅速下降。为了克服这种硫的积累，研究人员正在致力于开发稳定、耐用且经济可行的催化剂，用于绿色氢气的生产[9,19,20,21,22]。
H2S和溶解的硫化物是两种众所周知且有害的污染物。通过利用两电子SOR，电化学方法为同时回收硫资源和将化学能转化为有用产品提供了一种有吸引力的策略。硫化物污染物作为潜在的电子供体，可以降低电化学生产的成本，如硫化物/空气燃料电池和硫化物去极化电解系统所示[23,24]。

2. 含硫化物的水
H2S是一种高毒性和腐蚀性的气体，在煤炭开采、石油精炼和厌氧废水处理等工业过程中经常作为副产品出现[25,26]。除了其环境影响外，H2S还存在于自然缺氧的海洋盆地中，其中硫酸盐还原细菌在厌氧条件下将硫酸盐转化为硫化物[27,28,29,30]。从电化学的角度来看，这些水体中溶解的硫化物的存在既是一个环境挑战，也是氢气生产的潜在资源[31,32,33]。为了克服电极中毒或钝化，必须解决硫化物物种的高反应性这一标准电解的主要挑战[34,35,36]。因此，迫切需要开发具有高催化活性和长期稳定性的先进电极材料，特别是针对含硫化物的电解液[37,38]。

2.1. 含H2S的工业废水的来源和特性
H2S是天然和工业气体中的常见污染物，对工业设备、公共健康和环境安全构成重大风险[39]。在过去的一个世纪里，H2S的转化和捕获一直是持续的环境和经济问题。由于其毒性和腐蚀性，从工艺流中去除这种物质对于安全和经济原因都是至关重要的。H2S在水中的溶解会导致酸性溶液的形成，从而对工业设备和管道造成严重腐蚀。除了腐蚀性外，H2S在燃料气体中的存在还会导致催化剂中毒，并显著降低热值，进一步复杂化了其工业管理。值得注意的是，污染气体的燃烧会产生SO2和其他有害的SO物质，这些物质会导致酸雨。此外，即使在低浓度下，H2S也是一种危险的气体，可能会造成并发症。虽然1000–2000 ppm的浓度就会立即致人死亡，但长期暴露于约5 ppm的浓度下也会刺激眼睛和呼吸系统。因此，减少和控制H2S排放对于缓解全球气候变化和生活的各个方面都至关重要[40,41,42,43,44,45]。
在油气储层中，硫酸盐（SO4^2-）可以通过微生物硫酸盐还原或热化学硫酸盐还原产生H2S。回注水中存在的硫酸盐还原细菌会显著加剧储层酸化，导致H2S浓度升高。因此，产出水中的总硫化物浓度可以达到每升几千毫克。这种富含硫化物的废水经常被排放到露天池塘中，其中释放出的气态H2S对操作人员和当地野生动物构成严重的呼吸危害。水中的溶解H2S会分解成水合硫化物离子（HS^-）和硫化物离子（S2^-），它们的S氧化态均为-2。这种物种形式严格依赖于pH值，在零离子强度下分别为7.02和13.9[20]。因此，在大多数自然水系统中，HS^-和H2S是主要物种（pH值在6.5到8.5之间）。在较低的pH值下，更多的硫化物将以H2S的形式存在于气相中并从水中蒸发到空气中。这对环境和人类健康都有危害[46]。

2.2. 自然污染有H2S的水体分布
在深海环境、热液喷口和冷渗流中，会释放富含H2S的还原流体，这些流体是多种底栖生态系统化能自养初级生产的能量来源。喷口和渗流都使用化学生产，但由于它们的地球化学特性不同，因此形成了两种不同的生态系统。虽然甲烷渗漏现象主要发生在大陆边缘和俯冲带，那里的碳氢化合物从沉积物下的储层中释放出来，但热液喷口则位于中洋脊、弧后盆地以及海底其他火山活跃和构造活跃的区域。热液喷口流体的毒性通常比甲烷渗漏流体更高，这是由于其中硫化氢（H2S）浓度较高的缘故。这些化学成分的差异直接反映了各个系统的不同地质特征（图1）[47,48,49,50,51]。图1显示了数据库中包含的全球热液喷口分布情况，该数据集涵盖了世界各大海洋中的所有主要地质特征区域。特别值得一提的是马努斯盆地，该地区在相对较小的范围内就包含了十五个热液喷口[52]。

全球各地的厌氧水体中都含有不同浓度的硫化物。例如，在以色列的地下水中检测到高达6.5毫克/升的硫化物浓度；约旦和叙利亚的地下水中也观察到了类似的数值（7.5毫克/升），而俄罗斯南部库班地区的硫化物浓度甚至可以超过10毫克/升[53,54,55,56]。图2是根据[52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62,63]中的数据制作的，展示了各种厌氧海洋盆地和峡湾中硫化氢的分布情况。全球范围内的地下水中都检测到了高浓度的硫化氢（图2），最高可达200毫克/升。含硫化氢的水体存在于美国、墨西哥、澳大利亚、巴基斯坦南部和东非等地。在黑海，深层厌氧区域中的硫化物浓度可达到12毫克/升[57,58,59,60,61,62,63]。

3. 从硫化氢（H2S）中生产氢气的电化学方法

与化学或热化学过程不同，电化学系统中的逆反应速率极低，可以忽略不计[64,65]。因此，H2S的转化被认为是完全且不可逆的[14,66]。电化学方法的另一个显著优势是它们能够在极低的试剂浓度下运行。例如，在黑海等厌氧水体中，已经证明了在低至8-10毫克/升的浓度下也能有效转化H2S[1,67,68]。通过水电解生产氢气是一项成熟的技术，存在多种类型的过程，包括使用无机膜的碱性电解、高温电解、中温（200-400°C）电解以及固体聚合物电解质（SPE）电解[66]。其中一些系统可以用于H2S电解；然而，硫对电极的钝化仍然是一个关键问题，这是传统水电解过程中不会遇到的。自1989年以来，已经研究了三种不同的H2S电解方法：直接电解、间接电解[69]和电化学膜反应器（EMR）系统[66,68,69,70,71,72,73,74,75,76,77,78,80,81,82,83,84,85,86,87,88]。

从热力学角度来看，H2S的电解比水电解更有优势，如方程式（2）和（3）所示：
H2O → H2 + 1/2 O2 E0 = 1.23 V
H2S → H2 + 1/2 S2 E0 = 0.17 V

3.1. 直接电化学H2S分解

与水的电解分解相比，H2S的直接电解所需的能量要少得多。在水溶液中，这一过程在阴极通过还原反应生成氢气（H2），在阳极通过氧化反应生成单质硫（S0）。尽管阴极可以产生高纯度的氢气，但硫在阳极表面的积累会导致严重的钝化，最终阻碍或完全停止电解过程[4]。

最近的研究中经常使用碱性电解质来开发直接SOR（硫氧化）催化剂，以确保不稳定的反应物H2S及其产物始终处于水相中。关于直接碱性SOR的研究主要集中在高碱性条件对电催化剂稳定性和活性的影响上。高pH值可能会腐蚀电极材料，导致活性催化剂成分渗入电解液中[69]。此外，由于直接氧化后硫的钝化作用，催化剂的性能在长期运行中容易下降[70,71]。因此，已经发展出了一些催化剂设计策略来减轻硫引起的性能下降。与传统容易发生硫钝化的催化剂不同，耐硫材料能够在有效的H2S分解系统中实现稳定的SOR。SOR对于H2的生成和有毒H2S的去除具有重要意义。因此，开发高效、耐用且耐硫的电催化剂至关重要。设计改进的催化剂需要深入理解SOR机制[72]。然而，由于H2S的溶解度低和单质硫的导电性差，H2S电解面临诸多挑战。通常，电解过程在酸性或碱性电解液中进行（图3）。

3.2. 间接电化学H2S分解

一种两阶段的电化学方法用于分离H2和S，称为H2S的间接电解。在第一阶段，H2S与碘或铁螯合物反应生成中间产物；在第二阶段，氢气在阴极通过电解生成，而中间产物在阳极被再生。间接电解方法的优点是便于提取硫，因为初始的H2S反应与电解过程是分离的[78]。

3.3. 电化学膜反应器（EMR）系统用于H2S分解

这些方法使用带有陶瓷（固体氧化物）膜的高温电化学电池。这些质子导电膜通常掺杂了钇以增强其离子导电性。这类电化学反应器分解H2S并产生H2的能力已经得到了广泛研究。阳极是主要挑战，因为它必须具有化学稳定性、导电性以及高的催化活性。Chuang等人使用湿法浸渍技术在CeO2基底上沉积了金属催化剂，并在无水和含水条件下评估了其催化性能。含有20%和30% Co负载的催化剂在物理化学和电化学评估中表现最佳。这些催化剂在有无水的情况下都能实现较高的H2S转化率，其转化率与热工艺相当。催化剂的活性成分在接触原料混合物时会发生原位硫化，这解释了它们的卓越稳定性[83]。Ipsakis等人评估了直接从黑海提取H2S并通过电催化分解生产氢气的潜力。该过程利用海水中的H2S来生产H2和H2S。基于一种微结构的质子传导陶瓷膜，反应器处理含有1体积%水蒸气的气态H2S。掺钇的钡锆酸盐（(BaZr0.85Y0.15O3?δ)被用作固体电解质。La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3?d钙钛矿型氧化物被用作阴极，而负载有Ceria和LaCrO3复合材料的Co、Ni、Fe和Cu过渡金属催化剂被研究作为阳极材料。在873至1123 K的温度范围内，Co/CeO2复合材料在湿式和干式环境中都表现出优异的H2S转化率。从热力学角度来看，水的存在促进了H2的产生，从而提高了产率[84]。研究了一种H2S-O2–质子传导的固态电化学电池。该电池在120–145 °C的温度和235至510 kPa的压力下以燃料电池和电解模式长时间运行。在燃料电池模式下，系统产生了电能、蒸汽和液态硫。在较高压力下运行确保了Nafion膜保持湿润，防止了工作温度下的脱水。MoS2、Pd/C、Pt/C和Pd-Pt/C阳极催化剂，结合35% PTFE处理的碳，表现出优异的稳定性和耐久性。阳极催化剂位点未受阻塞，并且对硫中毒具有抗性。此外，膜对H2S不透水，确保了高选择性[83]。除了优化海水资源以生产低能耗氢气外，这种混合海水电解系统还为硫去除和工业废水处理提供了一种环保途径。然而，诸如催化剂中毒和腐蚀（由硫沉淀物和海水盐引起）等挑战阻碍了高效稳定电催化剂的发展[85]。H2S的电解氧化是一种有前景的能量转换方法，可以回收污染物，并产生高价值的硫化合物以及H2[86]。

4. H2S电解电极材料的改进
H2S的电催化分解是一种可行的策略，可以同时实现氢气的生产和环境修复。然而，由于缺乏成本效益高且高效的电催化剂，这项氢气生产技术尚未得到充分研究。此外，科学界尚未充分解决工业过程中产生的极其危险且丰富的H2S废物所带来的挑战[7]。研究纯水以及含有CO2、H2S或其他杂质的流体的电解变得越来越重要。这些过程能够在显著降低的电池电压下合成各种增值产品[87,88]。间接H2S电解的重点是寻找创新的氧化还原介质，以最小化电子转移过电位，从而防止硫在电极表面的钝化及其积累。大多数报道的通过间接电解分解H2S的系统依赖于碱性溶液或单乙醇胺有机溶剂中的均相氧化还原介质。然而，这些系统经常面临介质回收困难和硫溶解度低的问题[22,23]。另一种方法是使用氧化还原电催化剂（氧化还原介质）与可溶于硫的有机溶剂（如CS2）结合。设计出成本效益高、性能稳健的催化剂和电解质溶剂，具有高电导率和硫溶解度，对于可持续的氢气生产至关重要。这样的系统通过防止硫的积聚来稳定电极。例如，Liu等人提出的系统通过使用基于CS2的共溶剂电解质来解决“硫钝化”问题，使硫在反应过程中保持溶解[22,88,89]。根据表1中列出的材料——特别是硫化物、磷化物和MOF衍生的催化剂——开发出具有吸引力的电催化剂，并结合可溶解硫的电解质，是克服钝化并生产出元素硫和多硫化物等有价值产品的一条有前景的途径。表1总结了最近报道的电催化剂及其通过H2S电解生产氢气的性能指标。表1展示了用于水基H2S电解的最先进电催化剂的特性，包括主要实验条件，如电解质/膜类型、操作温度（Temp.）、电流密度（j）、法拉第效率（FE）、起始电位（Eonset）V vs. RHE for SOR以及耐久性。表1中的电催化性能指标表明，3D结构催化剂在直接电解中实现了98–100%的最大法拉第效率（FE），同时表现出有利的起始电位和长期稳定性。在电化学膜系统中，基于硫化物和硒化物的催化剂显示出97.4%至98%的高FE值。值得注意的是，硫化物催化剂的起始电位与H2S电解所需的理论热力学值非常接近。间接电解的数据表明，MOF衍生的磷化物催化剂在H2S分解过程中非常有效。

5. 技术经济分析和扩大规模前景
将基于H2S电解的氢气生产从实验室研究转化为工业应用需要解决关键的工程和经济障碍。根据文献综述，图6展示了该工艺的技术发展路线图，分为三个阶段，根据技术成熟度水平（TRL）进行划分。图7由作者根据分析的文献和最近的技术进步构建[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62,63,64,65,66,67,68,69,70,71,72,73,74,75,76,77,78,79,80,81,82,83,84,85,86,87,88,89,90,91,92,93,94,95,96,97,98,99,100,101,102,103,104,105,106,107]。

5.1. 扩大规模挑战
虽然第一阶段（TRL 1–4）专注于先进电极材料的开发，但向第二阶段（TRL 5–6）的过渡需要优化电解槽和堆栈设计。这一阶段的主要挑战与电极在恶劣硫化物环境中的稳定性以及阳极硫钝化的管理有关。实施自支撑电极和创新流动配置对于在工业条件下维持高电流密度至关重要。除了电极钝化的技术挑战外，H2S电解的工业规模化还受到严格的安全法规和物流限制的复杂影响；H2S的高毒性和易燃性要求专门的基础设施和较高的初始安全投资，这可能会抵消该过程的较低能源成本[27]。向工业规模H2S分解的过渡得到了改性钴酞菁催化剂的高性能支持，这些催化剂在模拟海水中可提供152 mA cm?2的高效率。这一证据表明，可以将环境危害转化为能源资产，表明天然H2S储库可以有效地用于清洁氢气生产，而不会影响电化学稳定性[32]。克服工业规模化典型的效率损失需要显著降低内部电阻；随着电流密度的增加，观察到的阻抗和电荷传输电阻的下降直接解决了这一挑战。通过保持更快的反应动力学和在操作电压下的较低界面电阻，H2S-FeCl3混合系统为大规模氢基础设施的长期运营成本（OPEX）提供了一种可行的策略[11]。

5.2. 经济挑战
通过碱性电解H2S产生的氢气的预期平准化成本将显著低于传统水电解的成本，主要是由于能耗较低。考虑到H2S硫化物的理论分解电压为1.23 V，实际只需要约0.17–0.21 V。目前，考虑到电力成本，从硫化氢生产氢气的试点规模工业生产的成本在每公斤1.50至3.00欧元之间。相比之下，根据欧洲氢能观测站的数据，传统水电解的成本在欧洲平均为每公斤4.30至10.50欧元。硫化氢的能源效率为3–5 kW/h kg H2，比传统水电解的50–55 kW/h kg H2低10倍以上。现有碱性电解器的资本支出（CAPEX）比率在每公斤600至1200欧元之间。由于需要克服钝化和腐蚀（如电极精炼），H2S电解的工业电解器可能需要更昂贵的材料，这可能会使投资增加约10–15%。产生的副产品如多硫化物和硫（每公斤0.30–0.60欧元）将增加额外的运营成本[103]。结合双程反渗透脱盐和可再生氢气厂的混合配置为偏远地区的系统自主性提供了强有力的解决方案。研究表明，与总氢气生产成本相比，水处理的经济负担微不足道，从而验证了这种耦合系统在水资源稀缺环境中的经济可持续性[104]。根据Lashgari等人的研究，在直接碱性电解中实施铜基阳极可以经济有效地将有毒的H2S转化为氢燃料和有价值的CuS半导体，估计成本为每公斤3–6美元。这种共生产策略通过生成有价值的副产品来提高经济可行性[105]。

5.3. 未来路线图
如图6所示，预计2026年后试点试验（第二阶段）将加剧，主要关注长期运行稳定性。2026年1月，由中国科学院大连化学物理研究所（DICP）的李康院士领导的一个大规模工业示范项目成功完成了其试点阶段[106]。预计完全工业集成（第三阶段，TRL 7–9）将在2035年后实现，届时氢气和硫分离技术预计将达到成熟，可以无缝集成到大规模气体处理和废水处理厂中。

6. 结论
通过电化学方法分解作为阳极流中废物的硫化氢（H2S）具有巨大的氢气生产潜力。利用膜电极组件（MEA）的流动池和零间隙配置可以实现高效的H2S分解。值得注意的是，流动池系统允许分离阴极和阳极，提高了操作灵活性。使用H2S、Na2S和其他含硫电解质的电解系统显著降低了阳极极化。这使得整体电池电位低于1.5 V，从而大大降低了与传统碱性（KOH）或海水电解相比的功率要求。这些阳极极化的优势可以与CO2还原结合，同时减少两种重要的环境污染源。开发先进的CS2溶剂和改进的氧化还原介质将提高用于从H2S生产硫、多硫化物的电极的效率和稳定性。最近在3D催化剂方面的进展表明，在直接电解中硫化物氧化方面具有巨大潜力。这些材料实现了98–100%的优异法拉第效率，并保持了超过300–500小时的稳定性。特别是这里审查的硫化物、磷化物和金属氧化物催化剂代表了开发高效H2S分解电极的重大进展。尽管具有潜力，但通过电化学过程转化H2S仍存在一些缺点，主要是由于电极材料的降解和硫中毒。为了克服由不溶性硫产物引起的阳极钝化，可以使用基于镍化合物、金属硒化物和金属硫化物的催化剂。然而，长期的材料稳定性和耐久性测试仍然至关重要。最近在SOR和HER方面的电催化剂进展，结合工艺优化（例如，零间隙与流动池配置），有望克服这些缺点。最终，可以开发出一种成本效益高且环境可持续的电化学过程，实现H2S的同时消除和H2的生产。总之，硫化氢电解的效率在很大程度上取决于所选的方法和材料。直接电解提供了低操作电压[78]，而膜系统提供了高纯度的产品，如硫和多硫化物。然而，膜的高成本和敏感性仍然是工业应用的障碍。另一方面，间接电解对于处理富含硫的工业废水有效[68]，并且可以减少电极钝化[17]，尽管其电压较高（1.5 V）和介质降解[12]。直接方法的主要挑战——电极钝化——可以通过脉冲电解[107]和未来基于镍的复合催化剂的发展来解决。未来商业化将通过集成机器学习和高通量筛选来加速，快速识别耐硫催化剂，超越传统的试错方法。实施“数字孪生”和基于物联网的传感器可以实时优化操作参数，以最小化钝化。这种技术集成在确保工业安全和提高系统可靠性方面也起着关键作用。最终，结合AI驱动的预测和分散式的H2S分解单元为工业废物管理提供了可持续和灵活的解决方案。这种方法有效地解决了环境挑战，同时满足了全球对绿色氢气的日益增长的需求。