氢作为一种清洁可再生能量载体，被广泛认为是最有希望代替化石燃料的新型能源。在当前众多制氢技术中，电解水制氢简单有效、可持续获得氢气；尤其是海水制氢，不仅有效利用了地球上丰富的海水资源，同时节约大量宝贵的淡水资源，对于沿海城市具有重要意义。然而，当前电解海水制氢仍面临析氢反应（HER）动力学缓慢，制氢效率低等问题，严重限制该技术的发展。
针对上述问题，姜鲁华团队致力于开发高效自驱动海水电解制氢系统。前期该团队创新性地开发了镁/海水电池耦合的自驱动海水制氢系统。（Nano Energy, 2022, 98, 107295, doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107295）在前期工作基础上，近日该团队构建了一种具有肖特基结特性的Ni/V2O3三维自支撑结构析氢电极（图1），利用界面处金属Ni和半导体V2O3形成的肖特基内建电场，有效促进HER过程中的电荷转移；此外，所形成的肖特基结使Ni和V2O3表面分别具有局部亲电和亲核特性，极大地促进了中性海水环境下水的解离。结果表明，作者设计的三维Ni/V2O3肖特基自支撑电极在海水介质中表现出超过商业Pt/C催化剂的HER活性，在10和1000 mA cm-2时过电位仅为176 mV和649 mV（图2）。
图1三维Ni/V2O3肖特基电极的构筑
图2三维Ni/V2O3肖特基电极对海水析氢的性能
进一步，作者将该电极作为镁/海水电池和海水电解单元的阴极，并将二者进行耦合，设计了一套基于Ni/V2O3肖特基电极的自驱动海水电解制氢系统（图3）。在该系统中，镁/海水电池为电解海水装置提供电能，电解海水装置和镁/海水电池的阴极共同产生氢气，制氢效率显著提升。结果表明，Ni/V2O3肖特基电极的镁/海水电池最大输出功率密度可达17.81 mW cm-2；所构建的镁/海水电池驱动的海水电解制氢系统产氢速率高达12.42 mL cm-2 h-1，镁-氢转换效率超过80.87%，是目前报导的最先进的自驱动海水制氢系统之一。
图3基于Ni/V2O3肖特基电极的自驱动海水制氢装置
该研究工作以“Self-powered electrolysis systems for sustainable hydrogen generation from natural seawater via a Ni/V2O3 Schottky electrode”为题发表于国际知名期刊Chemical Engineering Journal （https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138079，影响因子16.744），材料学院刘光波副教授为论文第一作者，姜鲁华教授为论文通讯作者，金沙集团1862cc为第一完成单位。
该研究得到山东省泰山学者工程（ts201712046）和国家自然科学基金（22179067）支持。
