近日，我校涂进春教授、李威威副教授团队联合澳大利亚斯威本科技大学孙成华教授，针对直接海水电解面临的严重氯离子（Cl⁻）腐蚀与催化剂快速失效难题，开发出一种具备优异抗腐蚀性能的新型高熵材料（B-HESs），成功实现了在海水苛刻条件下的超长效服役。

直接电解丰富的海水是实现绿氢规模化生产的理想途径。然而，海洋环境中富含的高浓度Cl⁻极易对电极材料造成不可逆的腐蚀破坏。研究团队提出动静结合防腐策略，在高熵催化剂中通过精准引入微量间隙硼，成功选择性构筑了B-Co-Se共价网络与具备强排斥性的表面防腐屏障，有效阻断了海水的侵蚀，同时辅以活性位点的自稳定动态调节机制，避免了活性位点流失。该材料在碱性海水电解测试中表现出卓越的催化活性（10 mA cm⁻2下过电位仅180 mV），更重要的是，其在500 mA cm⁻2的工业级大电流密度下实现了超1000 h的稳定服役。该成果为抗腐蚀海洋服役材料的设计提供了重要参考。相关研究成果以海南大学为第一通讯单位发表于我国自然科学领域综合性权威期刊《Science Bulletin》。

图1：抗腐蚀策略示意图

创新点一：筑牢防腐屏障，攻克海洋苛刻环境下的氯离子腐蚀难题

图2：B-HESs催化剂在碱性海水中的超长效服役表现及抗腐蚀机制

抗海水腐蚀是海水电解技术迈向实用化的第一道门槛。研究发现，所设计的B-HESs催化剂中选择性形成了B-Co-Se稳定骨架网络，并在表面迅速重构出一层富含硒酸根的保护层。这层阴离子屏蔽层通过强烈的静电排斥和空间位阻效应，如同给催化剂穿上了一层防腐铠甲，有效将海水中极具破坏性的Cl⁻阻挡在外。同时，结合B-Co-Se共价稳定骨架有效避免了过渡金属元素的溶解流失。此外，定量分析证实，该材料在长达百小时的服役过程中，体系内的寄生析氯副反应被有效抑制，产物始终低于严苛的环保标准限值，展示了极大的海洋工程应用潜力。

创新点二：促发活性位点价态振荡，实现材料自稳定保护机制

图3：间隙掺杂调控局域电子结构及自稳定机制

除了外层防腐，催化剂内部在剧烈产氧反应下的结构坍塌是另一大难题。为了解决这一问题，研究团队在材料晶格内部引入了微量的间隙硼原子，有效调控了活性中心Ni的局域电子环境，在反应过程中促发了 Ni活性位点的动态价态振荡现象，而不是一直处于易导致结构解体的高氧化态。这种巧妙的电子动态缓冲机制，有效缓解了剧烈反应带来的晶格应力，从电子层面上赋予了材料本征的结构自稳定性。

此研究得到国家自然科学基金（No. 52562009, 12304060）、海南省自然科学基金（No. 225QN214）、海南省科技专项基金（No. ZDKJ2021029）、海南省研究生创新科研项目（No. Qhyb2023-51）和高等学校学科创新引智计划（DT20015）的资助。

全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2095927326006560