2026年4月9日，謝和平院士團(tuán)隊(duì)在Nature Reviews Clean Technology發(fā)表了題為“From micromechanisms to macro-engineering in direct seawater electrolysis”的Perspective（觀(guān)點(diǎn)性綜述）成果。該研究首次將真實(shí)海洋環(huán)境多因素耦合作用納入海水制氫研究體系，系統(tǒng)打通了從微觀(guān)反應(yīng)機(jī)制到宏觀(guān)工程放大的全鏈條認(rèn)知，創(chuàng)新性提出海水直接電解制氫規(guī)模化產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的系統(tǒng)評(píng)估框架，為“海洋綠氫”產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了核心理論支撐與方向指引。
能源是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的基石，更是全球高科技競(jìng)爭(zhēng)和戰(zhàn)略博弈的制高點(diǎn)。長(zhǎng)期以來(lái)全球能源體系與開(kāi)發(fā)路徑始終錨定“資源稟賦”來(lái)構(gòu)建，化石能源與風(fēng)、光、水等可再生能源的開(kāi)發(fā)都受各國(guó)資源儲(chǔ)量和地理分布的制約，導(dǎo)致全球現(xiàn)有能源體系持續(xù)供給的巨大風(fēng)險(xiǎn)和地緣博弈。氫能是21世紀(jì)重要的終端能源之一，而現(xiàn)有制氫依賴(lài)化石能源重整或純水電解，仍難以跳出“資源依賴(lài)”的束縛：前者伴隨大量碳排放，后者受電力供給與淡水資源雙重限制，難以滿(mǎn)足“雙碳”戰(zhàn)略與全球能源轉(zhuǎn)型的巨大需求。海水直接制氫將打破能源供給對(duì)地域資源以及以錨定“資源稟賦”構(gòu)建的傳統(tǒng)能源開(kāi)發(fā)現(xiàn)有路徑的深度依賴(lài)，成為推動(dòng)能源體系變革的核心戰(zhàn)略突破口，更是全球各國(guó)確保能源安全與能源自主的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。
自上世紀(jì)70年代Williams提出海水直接電解制氫構(gòu)想以來(lái)，國(guó)際海水直接制氫研究多聚焦于催化劑改性、非對(duì)稱(chēng)電解和膜孔篩分，始終未能徹底解決海水復(fù)雜組分引發(fā)的析氯副反應(yīng)、催化劑失活、系統(tǒng)腐蝕等行業(yè)共性難題。同時(shí)，絕大多數(shù)研究基于理想模擬海水體系開(kāi)展，缺乏對(duì)真實(shí)海洋環(huán)境中海水成分波動(dòng)、風(fēng)浪擾動(dòng)、鹽霧腐蝕、可再生能源出力波動(dòng)等多因素耦合作用的系統(tǒng)認(rèn)知，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室成果與工程化應(yīng)用之間存在巨大鴻溝，成為制約海水制氫規(guī)?；涞氐暮诵钠款i。
海水直接制氫的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)挑戰(zhàn)
針對(duì)上述技術(shù)發(fā)展核心痛點(diǎn)，本研究系統(tǒng)梳理了海水直接電解過(guò)程的關(guān)鍵微觀(guān)機(jī)制，明確了復(fù)雜離子環(huán)境下析氧/析氯競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)、鈣鎂離子沉積、界面?zhèn)髻|(zhì)變化等對(duì)海水直接電解制氫系統(tǒng)的穩(wěn)定性與能量效率影響作用機(jī)制；并結(jié)合國(guó)際主流技術(shù)路線(xiàn)，系統(tǒng)分析了不同方案的工程放大適用性與局限性，首次建立了微觀(guān)反應(yīng)機(jī)制與宏觀(guān)系統(tǒng)運(yùn)行之間的關(guān)聯(lián)認(rèn)知準(zhǔn)則，填補(bǔ)了領(lǐng)域內(nèi)微觀(guān)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用脫節(jié)的研究空白。其中，謝和平院士團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)的相變遷移海水直接制氫路徑（Nature, 2022, 612, 673-678；2022年度科技部“中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展”），通過(guò)界面壓差驅(qū)動(dòng)海水自發(fā)“液-氣-液”相變傳質(zhì)，從原理上徹底避免了海水復(fù)雜組分對(duì)電解系統(tǒng)的毒性和腐蝕性難題，實(shí)現(xiàn)了無(wú)額外能耗下將海水等同于純水直接電解制氫，在真實(shí)海水工況下展現(xiàn)出極強(qiáng)的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行潛力，成為本文提出的系統(tǒng)評(píng)估框架的實(shí)踐案例驗(yàn)證。
相變遷移海水直接電解制氫：從原理到器件
本研究首次將研究視角從實(shí)驗(yàn)室理想體系拓展至真實(shí)海洋工程場(chǎng)景，構(gòu)建了涵蓋材料性能、界面過(guò)程、裝置結(jié)構(gòu)、海洋環(huán)境因素、可再生能源適配性的全維度系統(tǒng)評(píng)估框架，為海水制氫全鏈條技術(shù)優(yōu)化、工程化設(shè)計(jì)與規(guī)模化放大提供了清晰、可量化的指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著海水直接電解制氫研究從單一指標(biāo)探索，正邁入面向?qū)嶋H工程應(yīng)用的系統(tǒng)化評(píng)估和工程產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)新時(shí)代。同時(shí)，該成果系統(tǒng)梳理了海水直接制氫“微觀(guān)機(jī)制—系統(tǒng)放大—環(huán)境適應(yīng)性”的發(fā)展脈絡(luò)和全鏈條理論體系，明確了真實(shí)海洋場(chǎng)景下的核心研究方向，不僅為全球海水制氫不同技術(shù)路徑的協(xié)同發(fā)展提供了統(tǒng)一的理論參考，更為推動(dòng)海水直接制氫技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室邁向規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。
真實(shí)海洋環(huán)境視角下的海水制氫
未來(lái)，隨著海上可再生能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，海水直接制氫有望在該系統(tǒng)框架的指引下實(shí)現(xiàn)多路徑協(xié)同突破，率先搶占全球“海洋綠氫”戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的理論與技術(shù)制高點(diǎn)，打造“海上風(fēng)電+海水直接制氫”一體化的“海洋綠氫”全新產(chǎn)業(yè)賽道，為全球碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供“中國(guó)方案”，更為我國(guó)能源自主可控與戰(zhàn)略安全提供核心支撐。
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https://www.nature.com/articles/s44359-026-00160-7
