新加坡南洋理工大学（NTU Singapore）研究团队成功研制出一种钙钛矿基自供电海水制氢片，无需外部电源即可直接利用太阳能从海水中稳定产氢。该技术核心在于用肼（hydrazine）氧化反应替代传统阳极水氧化反应，大幅降低工作电压，并同步降解水中残留的有毒肼污染物。研究成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。
当前主流钙钛矿光电化学（PEC）制氢系统面临两大瓶颈：一是钙钛矿半导体在液态电解质中极易分解；二是在含氯离子的海水中，水分解需更高过电位，且氯离子易引发竞争性析氯反应和金属电极腐蚀。本方案直击这两个痛点——阳极采用铁钴铬尖晶石（spinel-type）结构，实验验证其在模拟海水环境中未检测到氯离子氧化或含氯副产物生成；阴极则使用环氧树脂导电封装+钛箔双层保护的钙钛矿光催化剂，有效阻隔电解液侧向渗透，表面负载铂催化剂加速析氢反应。
该装置采用双通道反应路径：阴极侧进行光驱动析氢，阳极侧同步发生肼氧化。这一设计不仅彻底规避了海水中析氯风险，还使阳极本身成为额外氢气来源——因肼氧化过程中释放氢原子并参与重组，实测可提升系统整体产氢效率。研究团队强调，该机制并非单纯‘用肼换氢’，而是将环境治理与能源生产耦合：在30小时内，装置可将污染海水中初始浓度为1 mM的肼几乎完全降解至痕量水平（<0.01 mM），持续输出氢气。
实验室测试显示，该钙钛矿片在标准AM 1.5G太阳光照射下，达到25 mA/cm²的光电流密度——这是目前无外加偏压钙钛矿PEC系统中报道的最高值之一；在连续运行72小时后，性能衰减低于8%。团队进一步试制了放大版本：光催化阴极面积6.25 cm²，镍泡沫阳极9.2 cm²，并在新加坡户外自然阳光下完成实证测试，证实其在真实光照波动条件下的可行性。
需要明确的是，该技术现阶段仍属实验室突破，尚未进入工程化阶段。其商业化主要受限于两点：一是依赖外源添加肼作为牺牲试剂，而肼本身属于受控危险化学品，运输、储存及现场配比对工业场景构成管理负担；二是钙钛矿材料长期耐候性（尤其在高湿、高盐雾海洋环境）尚未经过千小时级老化验证，钛箔/环氧封装工艺的量产一致性、成本及抗机械冲击能力也待考察。对中国氢能设备制造商和沿海化工园区而言，该成果的价值不在于立即替代现有碱性或PEM电解槽，而在于提供一条差异化技术路线：当项目场景存在海水资源、肼类污染物（如火箭燃料废水、农药中间体废水、部分制药厂排放）及绿电消纳需求时，此类耦合型光电化学装置可能成为定制化解决方案的候选技术路径。
沿海工业废水协同处理场景值得关注
国内部分滨海石化基地、航天发射场周边及精细化工园区存在肼类物质排放问题，现行处理多依赖高温催化氧化或吸附-焚烧，能耗高且产生二次固废。该钙钛矿片若未来实现模块化集成，可作为分布式前端处理单元，与后续生化或膜处理工艺衔接，在降解污染物的产出氢气用于厂区备用电源或燃料电池热电联供，形成能量-物质双循环。采购方需重点关注肼原料供应稳定性、现场安全存储规范及与现有DCS系统的信号接口兼容性。
钙钛矿光电极封装工艺影响设备寿命
文中采用的环氧树脂导电层+钛箔复合封装，本质是解决钙钛矿在水相环境中的离子迁移与水解失效问题。相比常规ALD氧化铝或聚合物钝化，该方案兼顾导电性与阻隔性，但钛箔厚度（未披露）、环氧树脂热膨胀系数匹配度及界面结合强度将直接影响器件在昼夜温差下的可靠性。中国光伏设备厂商若考虑技术转化，需评估卷对卷涂布环氧层与真空溅射钛层的产线适配性，以及钛材在海洋大气环境中的长期钝化行为。
- 核对项：确认项目现场是否具备肼类污染物来源及浓度数据，避免为无污染场景额外增加危化品管理成本
- 核对项：评估当地太阳辐照强度与年均阴雨天数，该技术在低于150 W/m²光照下光电流密度会显著下降
- 核对项：查验镍泡沫阳极供应商是否提供ASTM B462 Grade N06625等耐蚀镍基合金认证，普通316L不锈钢在长期海水电解中易发生点蚀