近日，实验室路璐教授课题组在Environmental Science & Technology上发表了题为“Direct Electrolysis of Municipal Reclaimed Water for Efficient Hydrogen Production Using a Bifunctional Non-Noble-Metal Catalyst”的研究论文(DOI: 10.1021/acs.est.4c05395)。研究人员通过在泡沫镍（NF）上原位生长3D蒲公英状（DL）钒（V）掺杂CoP催化剂，开发了V-CoP-DL/NF双功能电催化复合电极，实现了高效、稳定的碱性城市再生水直接电解制氢。探究了微污染条件下，直接电解再生水产氢的效能和污染物-电极相互作用机制。V-CoP-DL/NF具有出色的稳定和抗污染性，在电流密度10 mA cm-2下连续电解90天后，电解水产氢所需电压仅增加80 mV（1.81 V至1.89 V），最高稳定电流密度可达1000 mA cm-2。研究了再生水中潜在污染物对电解性能的影响以及主要废水离子在碱性电解液中的行为。该研究展现了利用非传统水资源—城市再生水替代纯水实现可持续、低成本制氢的可行性，为解决电解水绿H2生产面临的可再生电分布与水资源分布匹配性低的问题，提供了新的思路。
在全球碳中和及净零排放政策的背景下，大力发展电解水绿氢生产具有重要意义，需要丰富的清洁能源、低成本且稳定高效的催化材料、可持续水资源作为保障。在中国，城市污水处理能力已达到2.3×108 m3/d，但平均利用率仍低于20%（截至2020年）。2021年底，国家发改委提出了到2025年，水资源平均利用率达到35%或更高的目标。即使根据生产1 kg H2所消耗的24 L水进行计算，到2030年，用于产氢的再生水占总污水量的比例将不超过1.4%，到2050年将不超过2.5%。这不仅符合中国的政策，旨在提高循环水的利用率，而且缓解了电解水绿氢生产对水资源的挑战。本研究为在水资源短缺条件下，实现可持续稳定制氢提供了一种新的思路。
实验室路璐教授为论文的通讯作者，城市水资源与水环境国家重点实验室为通讯单位。哈尔滨工业大学（深圳）在读博士研究生张春月为论文的第一作者。
文章链接: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c05395
