在“双碳”战略深入推进的当下，氢能作为未来清洁能源体系的重要支柱，正迎来前所未有的发展机遇。海水电解制氢，被视为破解淡水资源紧缺、加快绿色能源布局的关键路径。然而，海水中的氯离子作为“隐形杀手”易引发氯副反应并腐蚀催化剂，使传统催化剂在海水环境中效率低、稳定性差，成为制约产业化的技术瓶颈。面对这一挑战，近日，青岛科技大学迟京起副教授、王磊教授在国际顶级期刊Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202511867、Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202414721上分别发表了题为“Bionic Design of Ni⁴⁺Lewis Acid Site Based on Selective Seawater Oxidation”和“Frustrated Lewis Pair Mediated f-p-d Orbital Coupling: Achieving Selective Seawater Oxidation and Breaking *OH and *OOH Scaling Relationship”的研究论文，两项研究通过仿生设计，成功开发出高活性、耐腐蚀的仿生结构催化剂，显著提升了海水电解制氢的效率和稳定性，为绿色氢能经济的发展提供了新思路。

研究团队受植物叶片损伤后提前开花现象的启发，提出了一种氧空位“催熟”机制，成功设计出富含氧空位的镍基催化剂（V-Ni^Ⅱ-Fe）。通过理论计算和实验验证，揭示了氧空位在加速Ni²⁺→Ni³⁺→Ni⁴⁺转化过程中的关键作用。氧空位能够调控局部电荷分布，降低氢质子脱附能垒，促进高价位Ni⁴⁺的形成。Ni⁴⁺作为硬路易斯酸，对OH^-表现出强选择性吸附，有效避免了Cl^-的竞争和腐蚀。实验表明，该催化剂在1.0 M KOH+海水电解液中仅需333 mV的过电位即可实现1.0 A cm^-2的电流密度，并在碱性海水阴离子交换膜（AEM）电解槽中稳定运行超过200小时。此外，团队通过原位表征技术证实了Ni⁴⁺的存在及其在析氧反应（OER）过程中的高效催化活性。结合技术经济分析，该催化剂制备方法简单、成本可控，每公斤氢气生产成本低至0.93美元，远低于美国能源部2026年的目标，展现出显著的经济和环境效益。

此外，研究团队受细胞膜选择性渗透性的启发，提出了一种用于选择性海水氧化的基于受阻路易斯酸碱对（FLP）的NiFeLDH-FLPs电催化剂的仿生设计。结合实验结果和分子动力学模拟，证实具有FLPs位点的二氧化铈层可以同时分解水分子，捕获羟基阴离子，并排斥氯离子。理论分析表明，FLP位点调控了Ce 4f-O 2p-Ni 3d梯度轨道耦合，提供了额外的非键态氧（O_NB）来稳定Ni-O键并优化中间体的吸附强度，从而打破了*OH和*OOH的线性关系。因此，NiFeLDH-FLPs催化剂在海水电解中表现出优异的OER活性、选择性和长期稳定性。这项工作首次揭示了FLPs在工业海水电解中的作用，并为设计高活性和耐腐蚀催化剂提供了新思路。

上述两篇论文以青岛科技大学为第一通讯单位，迟京起副教授、王磊教授为论文共同通讯作者，博士生毛慧敏和硕士生朱家伟分别为论文第一作者。其它电解海水相关工作发表于Adv. Funct. Mater. 2025, e14517、Adv. Funct. Mater. 2025, e12343、ACS Nano 2025, 19, 9, 9070-9080、ACS Nano 2025, DOI: 10.1021/acsnano.5c07077等期刊。

以上研究成果得到了国家自然科学基金、山东省青年泰山项目、山东省“外专双百计划”、山东省自然科学基金等项目的资助和支持。