研究背景
在全球碳中和发展目标与淡水资源紧缺的双重约束下，海水电解制取绿氢成为极具前景的技术路线，海水储量丰富可大幅缓解制氢水源压力，但海水中复杂的离子矩阵，包括大量氯离子、钙镁杂质离子等，会引发催化剂腐蚀、活性位点堵塞、氯气副反应等一系列难题，大幅降低电解效率与电极使用寿命。在各类非贵金属催化材料中，NiFe基催化剂凭借低成本、高地丰度以及优异的碱性HER/OER双功能催化性能，成为最具潜力的催化体系之一。然而，原始NiFe材料难以抵御海水氯离子侵蚀，现有综述虽然总结了海水电解相关催化材料，但针对NiFe基体系在反应机制、结构调控、防腐策略以及器件适配方面的系统关联分析仍相对不足。
天津大学陈亚楠、苏科大甘甜、大连融科韩羽君团队依托近几年最新研究成果，在《Coordination Chemistry Reviews》发表了题为“Recent Advances in Seawater Electrolysis for Hydrogen Production: NiFe-based Electrocatalysts, Corrosion Mitigation, and System Design”的系统性综述。本科生李天琪和汤其锦为共同第一作者。
本文亮点
亮点一：系统阐明电解机理对反应路径的调控规律
详细梳理碱性海水电解反应机理，系统汇总AEM、LOM、OPM、自发析氧、离子触发、界面溶剂化六大OER机制与两类HER动力学路径，清晰阐明氯离子并非单纯腐蚀介质，还能够调控催化反应路径、改变反应决速步骤，从界面吸附、电荷转移和反应路径调控角度揭示海水环境下催化行为差异，为催化剂设计提供了深层次的机理性指导。
亮点二：聚焦NiFe基催化剂系统梳理制备—机理—应用全链条
围绕NiFe基材料这一最具前景的非贵金属海水电解催化剂体系，本文全面归纳了其作为HER阴极与OER阳极的代表性研究进展，涵盖从掺杂、界面工程到物相调控的多样化制备策略。文章明确指出，通过Fe的引入可有效调控Ni物种的电子结构并产生活性位点，使NiFe基催化剂在碱性海水中展现出媲美贵金属的催化潜力，同时兼具成本低廉的显著优势，是推动海水电解工业化的关键材料体系。综述收录大量最新研究数据，制作统一测试标准下的HER、OER催化性能对照表，方便不同改性NiFe基催化材料直观横向对比。
亮点三：系统总结活性提升与稳定性增强的三大工程路径
创新性构建表面工程、结构设计、抗腐蚀工程三位一体的NiFe基催化剂优化体系，将形貌调控、缺陷掺杂、异质界面结构、原位自支撑电极、静电防护层、电解液缓冲调控等各类改性手段全部归类整合，分别对应提升本征催化活性、优化传质气泡脱附、抵御氯离子腐蚀核心目标，进一步证明NiFe基催化剂凭借成本优势、双功能活性以及耐氯稳定性，在规模化海水制氢非贵金属体系中展现出显著竞争优势。
亮点四：明晰当前挑战与未来发展路线图
客观指出海水电解技术面临的阴极沉淀堵塞、阳极氯副反应、氯离子腐蚀及系统启停损伤等核心挑战，同时前瞻性地提出了三大发展方向：AI驱动的高通量催化剂理性设计、超快焦耳热等先进制备技术，以及海水制氢-资源提取（锂/镁/钾/铀）的联产耦合策略，为从实验室走向工业化应用指明了清晰路径。
图文解析
图1. 海水电解电催化剂的示意图
图2. 碱性介质中析氧反应的机理
图3. 碱性介质中析氢反应的机理
图4. NiFe基催化体系在HER中的电化学性质
图5. NiFe基催化体系在OER中的电化学性质
图6. HER领域面临的挑战示意图
图7. OER领域面临的挑战示意图
图8. 表面形态工程和缺陷工程的相关示意图
图9.表面相工程和表面润湿性工程的相关示意图
图10. 异质结构设计的相关示意图
图11. 协同效应和导电载体上的原位生长相关示意图
图12. 固有耐腐蚀电催化剂的相关示意图
图13. 电极工程（表面涂层、原位电化学活化）的相关示意图
图14. 电极工程（静电排斥层、掺杂策略）的相关示意图
图15. pH缓冲策略的相关示意图
图16. 碱性水电解槽、阴离子交换膜水电解槽和质子交换膜水电解槽的结构示意图
图17. pH直接海水电解系统的相关示意图
图18. 海水电解用电催化剂的未来研究方向展望
全文结论
海水电解制氢是实现碳中和与能源转型的关键技术路径，然而其工业化进程长期受制于催化剂活性不足、稳定性差及系统集成度低等核心瓶颈。本文系统综述了海水电解的反应机理、NiFe基催化剂的研究进展、性能优化策略及电解槽系统应用，构建了完整的“机理—材料—系统”知识框架。在机理层面，文章深入解析了OER的AEM、LOM、OPM、自发析氧、离子触发、界面溶剂化六大路径及HER的Volmer-Heyrovsky/Tafel机制，为催化剂设计提供了关键理论支撑。在材料层面，系统梳理了NiFe基催化剂作为HER阴极与OER阳极的代表性进展，展现其媲美贵金属催化性能的广阔应用前景。在性能优化层面，本文构建了表面工程、结构设计与抗腐蚀工程三维优化策略体系，能够同步实现低HER/OER过电位与千小时级工业稳定运行。在系统集成层面，对比分析了AWE、AEMWE及直接海水电解槽的技术特点，指出固态膜-催化剂界面稳定性等AEMWE系统的关键瓶颈，而pH不对称电解槽与膜基海水电解系统等创新构型则为规避氯副反应与杂质沉淀提供了全新解决方案。展望未来，本文明确提出AI驱动的理性设计、超快焦耳热等先进制备技术、以及海水制氢与提锂提镁等资源联产耦合三大攻关方向，旨在推动NiFe基催化剂从实验室基础研究向工业化应用迈进，使其在全球绿色氢能供应链中发挥不可替代的战略作用。
文献信息
Recent advances in seawater electrolysis for hydrogen production: NiFe-based electrocatalysts, corrosion mitigation, and system design
https://doi.org/10.1016/j.ccr.2026.218338
通讯作者简介
陈亚楠，天津大学材料科学与工程学院研究员。主要从事AI+材料。2016年，陈亚楠与胡良兵教授首次提出高温热冲击概念，并开创了基于高温热冲击概念的纳米材料超快合成这一新兴研究领域。以第一/通讯作者（含共同）在Nature Sustainability、Nature Comm. 、JACS 、Adv. Mater. 、Angew. Chem.、NSR、Materials Today 、Nano Letters 、ACS Nano、AEM、AFM等顶级期刊发表研究论文100余篇，多篇论文入选高被引论文。研究成果多次被光明网，光明日报，人民日报，中宏网，科技日报，China Daily，北京日报等媒体报道。授权国家发明专利、美国发明专利20余项，专利转化多项（转化金额400万）。承担基金委重大研究计划、国家科技基金等多个项目课题。中国最大的科技传播平台"科研云"发起人。
甘甜，苏州科技大学化学与生命科学学院讲师。2021年毕业于天津大学，获博士学位。同年就职于苏州科技大学化学与生命科学学院开展研究工作。近年来主要从事能源转化与存储、电解水制氢相关领域的研究。目前发表SCI论文60余篇，近三年，以第一作者或通讯作者在Chem. Eng. J.，J. Mater. Chem. A等期刊发表论文20余篇。申请国家发明专利5项，已授权专利3项，转让专利2项。
韩羽君，博士毕业于天津大学，现为大连融科储能装备有限公司研发工程师。主要从事电解水/海水制氢、液流电池电极催化剂材料开发与电解液开发、酚类化合物加氢脱氧等方向。以第一/通讯作者在Coordin. Chem. Rev、JMST、Carbon Neutral.、Nano Res.、Mater. Today Energy等期刊发表论文8篇，总影响因子超过100，并有文章入选高被引。授权专利超过6项，另有7篇在申，参与国家级项目，并多次获得国家级化工设计奖项。
本文来自“材料科学与工程”公众号，感谢论文作者团队支持。
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