📅发表时间：2026年6月
📜发表期刊及影响因子：Inorganic Chemistry Frontiers（无机化学前沿，中科院二区期刊）
🎓文章标题：基于快速焦耳加热技术制备可工业化应用的高活性NiMoO₄/MoO₂催化剂，用于预处理海水电解制氢
👥研究团队：中国海洋大学、广西大学联合团队
🎯核心突破：
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创新水浴+快速焦耳加热工艺，实现催化剂大面积规模化制备，适配工业场景
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NiMoO₄/MoO₂复合催化剂兼顾高活性与超长稳定性，耐受海水杂质腐蚀、结垢
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成功对接反渗透预处理海水+工业碱性电解槽，大幅降低产氢能耗
🔑搜索关键词：海水电解制氢焦耳加热NiMoO₄/MoO₂催化剂碱性电解水规模化制备
✨ 哈喽各位科研伙伴、行业小伙伴们！
氢能是当下炙手可热的清洁零碳能源，但传统电解制氢高度依赖淡水资源。地球上96.5%的水都是海水，如果能用海水来制氢，就能彻底摆脱淡水限制！不过海水杂质多、易腐蚀电极、还容易结垢，直接电解困难重重。
今天带大家解读这篇重磅研究！中海洋与广西大学联手，打造出NiMoO4/MoO2复合催化剂，搭配水浴+快速焦耳加热 新工艺，完美适配反渗透预处理海水，成功打通了海水工业化制氢的关键卡点，一起来看看吧👇
一、海水制氢为啥这么"难"？
目前工业主流制氢技术是碱性电解水（ALK），技术成熟、产能大，但只能用淡水。一旦换成原始海水，三大"拦路虎"就会找上门：
- 结垢堵死活性位点：海水中的钙、镁离子会变成固体沉淀物，糊在催化剂表面，让催化剂彻底"罢工"；
- 氯离子腐蚀电极：海量氯离子会慢慢侵蚀电极材料，设备用不久就会损坏；
- 微生物添乱：海水中的微生物附着在电极上，进一步阻碍电解反应进行。
团队给出了解决方案：先用**反渗透（RO）**技术过滤海水，去掉大部分杂质、微生物和离子，得到净化海水。这种海水腐蚀性、结垢风险大幅降低，能直接适配现有工业电解设备。
但商用镍网电极催化能力弱、耗电高，想要规模化产氢，就必须研发活性高、寿命长、还能做大尺寸的新型催化剂，这也是本次研究的核心目标。
二、黑科技制备工艺：轻松做出工业级大电极
传统实验室催化剂多用高温水热法制作，受容器大小限制，根本无法量产工业大电极。本次研究组合了水浴加热+快速焦耳加热两种工艺，完美实现规模化生产。
图1：催化剂合成、实物与微观形貌图 全解析
图1 催化剂制备流程、实物及微观结构综合图
图1a 合成路线示意图 ：催化剂分两步诞生：
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水浴加热：把工业常用镍网作为基底，浸泡在钼酸铵+硝酸镍混合溶液中，90℃水浴反应，长出前驱体Ni−Mo−O。水浴不受容器限制，想做多大电极都可以；
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快速焦耳加热：将前驱体置于氩氢混合氛围中，80秒极速升温至700℃完成热处理。极速升降温既能防止材料氧化团聚，又能让催化剂和镍网结合得更牢固，还能制造大量活性位点。最终得到目标复合催化剂NiMoO4/MoO2。
图1b 10cm×10cm大尺寸电极实物：这是标准工业规格的电极！整张镍网表面催化剂生长得十分均匀，证明这套工艺走出了实验室，完全可以落地工业化生产。
图1c 扫描电镜（SEM）形貌图：放大后能看到镍网表面布满纳米片结构。这种结构像多孔海绵一样，比表面积超大，电解液可以充分接触活性位点，电解产生的气泡也能顺利排出，大幅提升反应效率。对比传统慢速加热样品，该结构完整不坍塌，稳定性拉满。
图1d 元素分布能谱（EDX）图：图中彩色光点代表镍、钼、氧三种元素，光点分布密集且均匀。说明整张电极的成分一致，不会出现局部性能忽高忽低的问题。
图1e-g 透射电镜（TEM）微观结构 ：
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图1e：观察到两种尺寸纳米颗粒，分别对应NiMoO4和MoO2两种物质；
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图1f：清晰看到两种材料的晶格条纹与异质结界面 ，两种材料结合后产生电子相互作用，是催化变强的核心；
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图1g：明显的晶格畸变，这是焦耳加热极速温变带来的效果，晶格扭曲会诞生海量活性位点，加速制氢反应。
三、性能实测：能打又耐用，工业大电流也不惧
团队分别在碱性淡水、碱性反渗透海水中完成全套电化学测试，全方位检验催化剂的实战能力。
图2：电化学性能与稳定性测试图 全解析
图2 催化剂电化学性能、均匀性及长周期稳定性测试图
图2a-b 线性扫描伏安曲线（LSV）：衡量产氢核心能力。同等产氢速度下，电压越低越省电。在工业级大电流500 mA/cm²条件下：淡水中过电位345.2 mV，净化海水中349.2 mV，性能远超纯镍网、单一原料催化剂。同时催化剂牢牢附着在基底上，电解过程不会脱落起皮。
图2c-d 塔菲尔斜率：数值越小，代表制氢反应速度越快。该催化剂两项数值都远低于对照组，证明水解离、产氢的反应动力学大幅提升。
图2e-f 双电层电容：电容越大，代表催化活性位点越多。本催化剂电容遥遥领先，印证焦耳加热+异质结结构打造出了海量活性位点。
图2g-h 电化学阻抗（EIS）：图谱圆弧越小，电子传输阻力越小。该催化剂圆弧最小，电子传输毫无阻碍，电解反应更顺畅。
图2i 不同基底性能对比：测试了镍泡沫、镍毡、镍网三种工业基底。镍泡沫负载催化剂性能最优，1 A/cm²超大电流下仅需192.2 mV；镍网性能稍弱，但机械强度最高，是大型工业电解槽的首选。可根据生产场景灵活选择。
图2j 大尺寸催化剂均匀性测试：将大电极切分为左、中、右三块分别测试，曲线几乎完全重合。证明大面积制备的催化剂性能高度均匀，工业运行状态稳定。
图2k 1000小时超长稳定性测试：重头戏！在1 A/cm²超高电流、碱性海水环境下连续运行1000小时，曲线几乎无波动，性能几乎零衰减。后续检测也证实，电极无结垢、无腐蚀，结构和化学性质全程稳定。
四、深度揭秘：催化剂超强性能的底层原理
优秀的性能背后是独特的结构与电子作用，团队借助多种表征手段揭开了秘密。
图3：结构与电子作用机理分析图 全解析
图3 拉曼、XPS、电化学阻抗机理分析图
图3a 拉曼光谱 ：对比纯NiMoO4、纯MoO2，复合催化剂的特征峰发生偏移。证明两种材料结合后，界面发生电子转移，电子结构得到优化。
图3b-e X射线光电子能谱（XPS） ：用于解析元素价态与电子分布。氧、钼、镍的特征峰均出现偏移，界面电子重新分配：镍元素电子富集，更容易吸附反应中间体；钼元素电子状态优化，利于氢气脱附。简单来说，异质结实现了氢吸附-脱附的完美平衡，这是催化活性飙升的关键。
图3f-i 阻抗与相位图：纯NiMoO4吸附氢气能力过强，氢气难以脱离；纯MoO2吸附能力太弱，反应难以启动。而复合催化剂取长补短，氢吸附强度恰到好处，反应全程高效。同时晶格应变、大量晶界也进一步加快了电子传输。
五、工业真机实测：落地生产，降本效果显著
实验室数据再好，也要经过工业设备检验。团队搭建工业级碱性电解槽，采用6 M KOH+反渗透海水为电解液，60℃模拟真实工业工况测试。
图4：工业电解设备与整机性能测试图 全解析
图4 工业电解装置及整机运行性能测试图
图4a-b 工业电解装置与单腔结构：图4a是整套工业碱性电解制氢设备，包含温控系统、气液分离器、循环泵、电解槽等全套组件；图4b是电解槽单腔内部结构，极板、密封环、阴阳极、隔离膜分工明确，电解液从底部流入，氢气、氧气分路排出，是目前主流工业电解结构。
图4c-d 整机伏安特性曲线 ：对比纯镍网电极组与新型催化剂电极组。在500 mA/cm²电流密度下，使用新催化剂后电解电压直接降低1 V！电压降低意味着耗电量减少，生产成本大幅下降。同时测试得出，60℃是这套体系的最佳工作温度。
图4e 电压-时间曲线：设备长时间运行电压平稳，整机运行状态稳定。
图4f 工业设备24小时稳定性测试：连续运行24小时，性能无明显衰减。整套体系法拉第效率达90.2%，产氢电耗低至4.48 kWh/Nm3H2，经济优势十分突出。
六、研究总结 & 核心亮点
🔎 四大核心亮点
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工艺可规模化
：水浴+快速焦耳加热新工艺，突破实验室限制，可批量制备10cm×10cm工业级大电极，兼容现有产氢设备；
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海水适配性强
：搭配反渗透预处理海水使用，完美解决海水结垢、氯离子腐蚀两大难题，盘活海量海水资源；
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性能双优
：高电流密度下耗电低、反应快，同时实现1000小时超长稳定运行，耐用性拉满；
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经济价值高
：工业实测电压直降1V，产氢能耗显著降低，具备极强的商业化落地潜力。
📢 写在最后
海水制氢是未来清洁能源发展的重要方向。该研究从制备工艺、材料设计到工业真机验证全链条打通，打破了实验室研究与工业化应用之间的壁垒，为碱性海水电解制氢提供了成熟的新思路与技术方案。
相信在这类技术的不断迭代下，不久的将来，我们就能用上来自大海的"绿色氢能"啦🌊💧
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