作为一种前景广阔的绿色能量转换技术，电催化HER在各种应用中具有巨大的潜力。目前的研究主要集中在开发以淡水为电解质的水电解，如碱性电解或基于质子交换膜的电解。
尽管该领域取得了重大进展，但对淡水的依赖加剧了对水资源的压力。海水占全球水资源的96.5%，是水电解生产氢的理想替代原料。然而，与淡水电解相比，近中性海水的水电解效率至少低一个数量级，需要更高的电位才能达到工业规模生产所需的电流密度。
此外，在海水电解过程中，阴极附近的pH值增加，导致Ca2+和Mg2+阳离子在电极表面形成的不溶性化合物沉淀，阻碍了阴极上的催化活性位点，导致用于天然海水中析氢的电流密度低和稳定性差。因此，迫切需要设计高效的HER电催化剂，以减轻天然海水中金属沉积的不利影响。
近日，四川大学赵海波课题组介绍一种智能装甲Ru基气凝胶电催化剂，它在天然海水中显示出优异的HER性能，并在工业电流密度下表现出显著的稳定性。这种气凝胶(F-CuPc@RA)由Ru气凝胶3D网络核心组成，被十六氟化铜酞菁(F-CuPc)装甲包裹。
该设计允许气凝胶在电解过程中原位自捕获质子形成酸性微环境，屏蔽海水中的镁和钙阳离子。随着电解的持续，智能装甲持续响应，为电极提供动态保护。一旦电催化停止，催化剂恢复到其原始状态，并且在随后的电解循环中可以再次形成响应性装甲，有效地防止大规模金属沉积堵塞阴极的活性位点。
值得注意的是，不饱和的Cu位点与OH–结合，以避免阴极附近海水的pH值快速上升，实现了电解海水过程中阴极的全方位保护。
智能装甲显著降低了Ru气凝胶的水解和产氢的能垒，极大地提高了电催化剂的效能。因此，F-CuPc@RA气凝胶在碳布上仅需400 mV的过电位就能达到500 mA cm-2的电流密度。
当F-CuPc@RA与NiFe LDH在天然海水电解器装置中集成时，在室温下仅需2.35 V的电池电压就能驱动500 mA cm-2的电流密度。更重要的是，F-CuPc@RA还展示了在低过电位条件下，不仅在淡水中，而且在整个pH范围内的海水中都能达到安培级电流密度的能力。
综上，该研究介绍了一种智能装甲气凝胶，它可作为天然海水中高效的HER电催化剂，并有助于加速海水电解的工业化进程。
Intelligent responsive armored aerogel for efficient natural seawater electrolysis at high current density. Advanced Functional Materials, 2025.DOI: 10.1002/adfm.202505802
赵海波，博士，教授。出生于1987年2月，2014年毕业于四川大学化学学院，师从王玉忠院士，获高分子化学与物理专业理学博士学位。2014年7月-2017年7月，就职于中国工程物理研究院激光聚变研究中心；2016年晋升为副研究员。2017年7月，以特聘副研究员的方式，回到四川大学进行研究工作，2020年破格晋升教授。2018年入选中国科协青年托举工程，2019年入选四川大学双百人才，2021年获得国家自然科学基金优青青年基金资助，现为环保型高分子材料国家地方联合实验室副主任。
针对由于比表面积大而比普通塑料更难阻燃的纤维和泡沫火安全难题：1.发现了高温自交联炭化阻燃抗熔滴新原理，建立了无传统阻燃元素绿色阻燃新方法，为解决合成纤维最大品种聚酯纤维阻燃与抗熔滴矛盾提供新思路；2.发展了典型泡沫塑料高效凝聚相阻燃与抑烟减毒新技术，突破传统气相阻燃方法恶化烟毒释放的瓶颈；3.发明了高性能火安全泡沫新材料及其构建方法，满足特殊领域隔热要求。以第一/通讯作者发表SCI论文60余篇；所发表论文他引3800余次，H-index为40。