川大/山师大Chem: 构建自清洁Pt/C，用于碱性/天然海水电还原同步Mg(OH)2合成

最近的工作表明，海水可以替代淡水大规模生产氢气来减少成本，但这对电极提出了新的要求。事实上，很少有阳极/阴极能够在苛刻的自然海水分解条件下长期保存，因为具有侵略性的卤离子与衍生物(例如次氯酸盐)和Mg²⁺/Ca²⁺沉淀物会分别攻击阳极和阴极。用额外的碱来碱化海水是抑制Cl⁻电氧化的最有效的策略，因此海水分解的真正困难在于Mg²⁺/Ca²⁺在阴极上的沉淀，严重降低海水分解性能。近年来，人们设计了硫系化合物修饰的Pt/碳纳米管来抑制Mg²⁺/Ca²⁺-Pt活性位点接触和沉淀，但实验是在1.0 M KOH+海水中进行的。因此，目前需要探索更多的抗沉淀策略并研究其在真实海水中的性能。

近日，四川大学孙旭平、姚永超和山东师范大学唐波等展示了可能减轻沉淀物对阴极的粘附/覆盖和性能损伤的各种潜在策略，例如引入质子海绵(即DMAN)以改变表面微环境、用外部流体(例如，使用阳极电解后的天然海水，pH较低)和具有依赖于自身泡沫/液体流动的自清洁阴极。

值得注意的是，所有的方法都在一定程度上减少了沉淀物对阴极的覆盖。然而，有些方法并没有充分解决海水还原面临的问题。例如，DMAN仅在相对短期的测试中表现出一定的效果。因此，在后续研究中必须考虑如何更好地将这三种和更多的潜在方法结合起来。

除了对这三种策略进行初步探索外，研究人员还合成了一种性能优良的无粘结剂海水还原Pt修饰松碳催化剂(Pt/C)，它比商用Pt/C(CPC)更适合于真实海水还原。CPC不仅需要额外的高价载体(碳纸或金属泡沫)，而且它也没有丰富的规则孔结构来产生流动以排斥沉淀；自制的Pt/C由丰富的低弯曲度通道组成，为H₂和Mg(OH)₂的转运提供了有效的途径。由于该阴极具有一定的自清洗能力，可进行较长的海水还原周期。同时，该系统还实现了自然海水转化为H₂的同时原位合成有价值的纳米Mg(OH)₂。

总的来说，该项工作详细阐述了真实海水还原中的各种问题和可能的解决方案，有助于为海水分解系统的设计和发展做出贡献。

Electroreduction of alkaline/natural seawater: Self-cleaning Pt/carbon cathode and on-site co-synthesis of H₂ and Mg hydroxide nanoflakes. Chem, 2024. DOI: 10.1016/j.chempr.2024.05.018