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《崂山实验室在海水制氢领域取得系列研究进展》

  • 来源专题：能源情报网监测服务平台
  • 编译者： 郭楷模
  • 发布时间：2024-08-15

  • 绿色零碳氢能是未来能源发展的重要趋势，是我国推动构建人类命运共同体、实现可持续发展的责任担当。近期，崂山实验室唐波研究员团队在海水制氢领域取得了系列重要研究进展。

    针对天然海水直接电解中阴极上镁钙（Mg2+/Ca2+）沉淀严重，电极活性位点被覆盖的难题，团队首次提出基于三维蜂窝电极的微气泡/沉淀输运系统，展示了具有高海水还原性能的独特电极构造。为海水电解存在的阴极沉淀问题提出了可靠的解决方案，并揭示了卓越抗沉淀性能的普遍原则（Nat. Commun., 2024, 15, 2950）。团队进一步探究了阴极抗沉淀的三种潜在策略，展示了从天然海水中共同电合成纳米级氢氧化镁和氢气的可能性，提出了氢气生产、氢气储存和镁资源回收的建议工艺（Chem, 2024, DOI: 10.1016/j.chempr.2024.05.018）。

    解决了阴极沉淀，海水直接电解还面临海水中氯离子侵蚀阳极、引发大量副反应导致的阳极催化效率低、稳定性差的困扰。针对这一难题，团队发展了C2O42?到CO32?的原位碳氧阴离子自转化（COST）策略，有效保护活性位点免受碱性海水氧化过程中Cl?侵蚀，实现长久、安培级碱性海水电解（Angew. Chem. Int. Ed., 2024, 63, e202316522）；通过构筑高分散的微结构铬氧化物和铬阴离子稳定NiFe位点，利用均匀分布的OH?富集中心和抗Cl?吸附中心，从根本上提高了NiFe基电极碱性海水OER的活性、选择性和化学稳定性，实现了安培级电流密度下稳定电解海水2500h。（Nat. Commun., 2024, 15, 6624）。团队还提出电极保护外层策略来提高镍电极在苛刻条件下的使用寿命，使其在低pH溶液中以安培级电流密度进行交替电解长达93.8小时，使用寿命是传统水电解系统中镍电极的47倍。该工作有效证明了通过有效、重复的沉积-溶解过程在工程化苛刻电解条件进行长时间电解的可能性（Nat. Commun., 2024, 15, 6208）。

  • 原文来源：https://h2.in-en.com/html/h2-2438319.shtml
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  • 《海洋试点国家实验室在海洋中小尺度动力过程研究领域取得重要进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2020-08-04
    • 2020年7月31日，国际学术期刊Science杂志子刊Science Advances在线发表了题为“Maintenance of Mid-latitude Oceanic Fronts by Mesoscale Eddies”（《中尺度涡旋对中纬度海洋锋面的维持作用》）的最新研究成果。该成果由海洋试点国家实验室海洋动力过程与气候功能实验室荆钊教授和王胜鹏博士作为共同第一作者，吴立新院士作为通讯作者的科研团队共同完成。 旋转和层结效应作为地球流体的两大动力特征，对海水垂向运动造成了显著的约束。海水垂向运动引发的热量输送及其动力机制一直是物理海洋学研究的经典难题。与此同时，海洋中的垂向热输送决定着深层与表层海洋、表层海洋与大气之间的热交换，对全球天气和气候系统变率起着重要的调控作用，并深刻影响着全球变暖背景下海洋对大气中的热量和二氧化碳盈余的吸收能力。 中尺度涡旋是海洋中最为显著的运动形式。传统的观点认为中尺度涡旋引起的垂向热输送由斜压不稳定过程产生，主要集中在主温跃层区域，对海洋上混合层中的垂向热输送的贡献可以忽略。该项研究通过分析全球高分辨率海气耦合模式模拟数据发现：冬季海洋表面强烈的失热和风搅拌作用通过激发湍流混合打破了中尺度涡旋原有的地转平衡状态，诱导出显著的次级环流进而引起向上的热输送。进一步研究表明：在西边界流延伸体区域，该垂向热输送可以迅速的将西边界流在次表层汇聚的热量传递到表层，对于维持海洋锋面以及海洋向大气的热量释放具有至关重要的作用。 该工作在国际上首次提出了中尺度涡旋垂向热输送与海气热交换间的耦合动力机制，是对中尺度涡旋垂向热输送理论体系的重要发展；此外，该工作揭示了中尺度涡旋垂向热输送对海洋锋面的重要维持作用，改变了“中尺度涡旋通过水平热输送过程破坏海洋锋面”这一传统观点，为海洋环流理论提供了新的认识。 由吴立新院士领衔的科研团队，长期致力于西边界流延伸体海洋多尺度动力过程及其气候效应研究。自2012年该团队发现全球变暖导致全球西边界流热斑现象以来，在大洋西边界流多尺度海洋动力过程与海气相互作用研究领域取得了一系列重要进展，推动了国际西边界流观测、理论与预测研究。该成果是团队在这一领域取得的又一重要进展，对于深入认识海洋涡旋在全球气候系统中的作用、指导气候模式的发展具有重要意义。 全文链接：https://advances.sciencemag.org/content/6/31/eaba7880
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  • 《海洋试点国家实验室在印度洋海气相互作用研究取得新进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2020-12-08
    • 正位相印度洋偶极子事件是指热带印度洋海温异常的东（负异常）西（正异常）向偶极子模态；通常从北半球夏季开始发展，并在秋季到达成熟期。印度洋偶极子通过大气遥相关可以影响东亚夏季季风系统，进而影响包括中国在内的东亚地区的降水。当正位相事件发生时，罗斯贝大气波列将印度洋发生的异常信号传输到南中国海，产生的异常反气旋将更多的水汽输送到中国大陆南部，进而产生了强降雨。由于在该事件发生期间印度洋热带对流区向西移动，导致澳大利亚降水减少，并形成干旱，高温热浪和森林大火等极端天气。譬如2019年秋冬季澳大利亚东南部发生的森林大火持续燃烧八个月，造成至少30人死亡，170000平方千米的土地被烧，3000多个建筑被损坏。而在东非地区则造成严重洪涝灾害。因此，全球变暖对该类事件的潜在影响一直都是该领域的前沿研究课题。然而，基于气候模式的研究结果表明模式中正位相印度洋偶极子事件对全球变暖的响应缺乏一致性。 近日，由海洋试点国家实验室南半球海洋研究中心主任蔡文炬院士领衔，中国科学院大气物理研究所黄刚教授团队、南半球海洋研究中心多位专家学者参与的研究团队在全球变暖对印度洋偶极子事件的影响研究领域取得重要进展，首次发现正位相印度洋偶极子强事件在全球变暖下表现为发生频率增加。 该研究发现印度洋偶极子不是一个简单的线性系统，正位相印度洋偶极子强事件和弱事件的发生基于不同的物理机制。为了能够更好地描述两类事件，该研究首次建立了代表强事件和弱事件的不同指数，并发现基于新指数的强事件和弱事件对未来气候变化的响应截然不同。全球变暖下，强事件发生概率增加，这是因为热带印度洋西部海温升温强于东部，导致对流区向西部移动，有利于赤道东风异常向西扩张，并激发对强事件有重要贡献的非线性过程；相反，弱事件发生频率会减少，这是因为未来印度洋低层大气升温速度高于表层，导致大气更加稳定，赤道印度洋纬向风变率减弱，消减了驱动弱事件的罗斯贝波。 上述研究成果为合理描述不同强度的正位相印度洋偶极子事件提供了符合动力学机制的全新指数，为理解印度洋偶极子对气候变化的响应提供了新的视角，对国际社会应对气候变化与制定响应政策具有重要意义。 国际顶级学术期刊Nature（《自然》）子刊Nature Climate Change（《自然气候变化》）2020年11月30日对上述创新成果进行了线上报道。研究进展的取得，也进一步彰显出海洋试点国家实验室在海洋与气候变化研究领域的重要国际影响力。 论文信息：Cai, W. et al. (2020) Opposite response of strong and moderate positive Indian Ocean Dipole to global warming, Nature Climate Change, doi:10.1038/s41558-020-00943-1 原文链接：https://www.nature.com/articles/s41558-020-00943-1
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