来自新加坡南洋理工大学的科学家设计出一种利用阳光的装置，可从海水中制取清洁氢，同时降解肼（hydrazine）——一种来自工业废水的高毒性污染物。
受树叶启发，该装置能够直接捕获阳光并将其转化为电能，驱动相关反应，无需外部电源。
这项创新成果于2026年5月发表在《Nature Communications》上。
二合一绿色解决方案
要从水中制取绿氢，需要在两个电极之间通入电流，使水分子分解为氢气和氧气，这一过程被称为电解。
在电解过程中，电子流向阴极（负极），与水分子结合产生氢气。
与使用淡水相比，直接通过海水电解制氢具有更好的可持续性，因为无需额外进行海水淡化。
然而，海水本身也带来了挑战。海水中的氯离子会干扰反应并降低效率。此外，还会产生具有腐蚀性和毒性的氯化合物，可能损坏电极。
为了提高海水制氢效率，由南洋理工大学材料科学与工程学院Lydia Wong教授带领的研究团队设计了一种阳极（正极），其中含有能够将肼分解为氢气和氮气的催化剂。
这一反应所需能量低于传统水电解过程中通常发生的产氧反应。因此，由阳光供能的阴极可以更加高效地从水中产生氢气，同时降低能量需求；阳极则能够去除肼，并额外产生氢气。
该催化剂含有铁、钴和铬，具有良好的耐腐蚀性，其电学、物理和化学性质也可以进行灵活调整。
与此同时，该装置还能抑制腐蚀性和有毒氯化合物的生成。
催化可持续未来
为了产生驱动装置所需的电力，研究人员采用铅卤化物钙钛矿制造阴极。这是一种能够捕获光能并将其转化为电能的半导体材料。
研究人员还在阴极表面覆盖了一层导电环氧树脂，其中含有银和铜颗粒，并加入钛箔，以保护电极免受降解。
在模拟海水和真实海水样品中，该装置均能够利用光照产生稳定电流。
其光电流密度达到25mAcm⁻²，即单位受光面积产生的电流量，在已报道的铅基钙钛矿阴极中属于较高水平，表明该装置具有较高的太阳能转电能效率。
在相当于晴朗天气地球表面所接收到的太阳光强度下，该装置能够保持稳定运行超过72小时，并以466μmolcm⁻²h⁻¹的高速率生成氢气，与类似的太阳能驱动装置相当。
与此同时，该装置无需将肼从水中分离，便能在30小时内有效降解肼，将其浓度从0.5M（约相当于1.6%的重量浓度）降低至0.5ppb，低于美国环境保护署规定的10ppb允许限值20多倍。
Wong教授表示：“这种双功能装置代表了环境技术领域的一项重大进步。通过高效利用太阳能分解有毒工业污染物，同时产生清洁燃料，我们同时解决了能源问题和污染问题。”
没有参与该研究的牛津大学化学系光化学与可持续能源教授James Durrant表示：“这一突破的意义不仅在于生产太阳能氢，更在于展示了一条通往多功能光电化学系统的实际路径。未来太阳能燃料技术的部署可能越来越依赖这类兼具多重用途的方法，因为经济价值和环境影响必须协同考虑。”
目前，研究人员正致力于开发能够拓展该装置应用范围的催化剂，使其不再局限于肼降解，还能够处理其他污染物，并将废弃材料转化为燃料和工业化学品等有用产品。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-026-73326-3