天津
氢能是支撑“双碳”战略落地的核心载体，但传统电解水制氢依赖高能耗的析氧反应，耗水量大、成本高，制约了绿氢规模化应用。近日，自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所（以下简称“海水淡化所”）环境室在污废水制氢及电极材料研发方面取得新进展，相关成果在线发表于环境与能源催化领域国际顶级期刊《Applied Catalysis B: Environment and Energy》。
记者了解到，含尿素污废水来源广泛，主要包括人与哺乳动物尿液、农业化肥过量施用形成的地表径流以及尿素工业排放废水。这类废水若直接排放，将诱发水体富营养化。传统生物脱氮工艺周期长、调控复杂、资源难以回收。研究团队以尿素氧化反应替代传统析氧反应，其热力学电位仅0.37 V，显著低于析氧反应的1.23 V，理论上可节能约70%，将水污染治理与清洁能源生产耦合起来。
然而，尿素氧化反应为六电子转移过程，动力学迟缓。传统镍铁层状双金属氢氧化物催化剂存在本征Ni³⁺含量不足、导电性差、活性位点少及长期电解结构易坍塌等问题。针对这些瓶颈，海水淡化所环境室联合河北农业大学、天津大学研究团队，提出壳聚糖基生物质衍生非晶碳改性NiFe-LDH的调控策略，通过一步温和水热途径原位构筑晶态/非晶态复合结构。该低温合成体系能够保留丰富的含氧、含氮官能团，有效避免高温热解对晶体骨架的破坏。非晶碳表面的官能团作为电子受体，诱导界面电荷重新分布，预稳定Ni³⁺活性位点，降低反应决速步能垒，促进活性相在低电位条件下生成。
据电化学测试结果表明，所构筑电极材料在100 mA·cm⁻²电流密度下可实现超过1000小时的长效稳定运行。此次淡化所提出的生物质衍生非晶碳调控策略，为构筑高效晶态/非晶态电催化材料提供了新思路，在绿氢制备与含尿素污废水电催化脱氮方面具备良好应用潜力。海水淡化所该研究得到了国家自然科学基金、天津市科技计划重点项目、中央级公益性科研院所基本科研业务专项资金项目的支持。
海水淡化所是天津港保税区海洋经济与新能源领域重要的国家级科研机构。当前，保税区正推动绿色低碳产业发展，持续优化科技创新生态，大力支持区域内科研院所承担国家及市级重大科技项目，推动基础研究成果向产业应用延伸。此项研究为保税区污废水制氢提供了新路径，也为区域氢能产业链上游的技术储备增添了砝码，进一步助力保税区经济高质量发展。
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