问题——绿氢被视为能源转型与实现碳达峰碳中和目标的重要支撑，但其规模化推广仍面临成本与能效约束。业内普遍采用可再生能源电解水制氢路径，电耗居高不下成为“卡点”。其中，电解水过程中的阳极析氧反应动力学缓慢、过电位较高，被认为是能耗的大头，直接推高单位制氢成本，制约产业端持续扩容。 原因——降低制氢能耗，关键于对阳极反应进行“替代与重构”。长期以来，科研界尝试用更易发生的阳极反应替代析氧反应，以降低电压需求并提升整体能效。尿素氧化反应因反应电位相对较低，且尿素废水来源广泛，被认为具备“降能耗+治污染”的双重潜力。但现实难点在于：传统尿素氧化往往走向生成氮气的路径，难以稳定获得具备产业价值的含氮化学品，导致“能耗降了、价值没起来”，限制其工程应用吸引力。 影响——若能在降低能耗的同时实现高价值联产，将显著改善绿氢商业模式。亚硝酸盐是重要基础化学品，在食品加工、农业投入品与医药等领域均有应用需求。以尿素废水为原料，在电解体系中同步产氢并定向生成亚硝酸盐，意味着一端输出清洁能源，另一端输出可计价产品，还能推动含氮废水资源化利用，形成从末端治理向“变废为宝”的路径转换。对地方而言，这类技术有望与化工园区、污水处理、可再生能源制氢场景耦合，带动产业链协同降本增效。 对策——针对“选择性难以控制”的核心瓶颈，内蒙古大学化学化工学院刘健教授、王艳琴副教授团队提出新的催化剂设计思路，构建高效多功能电催化剂，通过调控反应中间体与反应路径，使尿素氧化更倾向生成亚硝酸盐，并显著抑制生成氮气等副反应的发生，从而实现尿素向亚硝酸盐的高效转化与协同产氢。团队认为，该策略的关键在于把“能量效率”与“产物选择性”同时纳入设计目标，在机理层面实现路径可控，在工艺层面体现经济可行性。涉及的研究成果已发表于《自然》子刊，并得到国家自然科学基金、内蒙古自治区科技计划项目等支持。 前景——从应用角度看，该成果为“超低能耗制氢+废水资源化”提供了可供放大的技术路线，也为绿氢从示范走向规模化提供新的工程抓手。一上，尿素废水多类工业与市政场景中具有一定供给基础，若与电解制氢装置协同布局，有望在部分区域率先形成成本优势；另一上，团队将策略拓展至锌—尿素电池体系，显示出从基础机制创新到器件化、系统化验证的延伸潜力。业内人士指出，下一步关键在于继续评估催化剂长期稳定性、复杂废水体系适应性以及联产产品的分离纯化与全流程能效，推动实验室成果向可复制、可工程化的解决方案迈进。
在全球能源革命加速推进的当下，这项突破性研究不仅展现了我国科研人员的创新智慧，更为破解清洁能源发展瓶颈提供了中国方案。从实验室走向产业化虽然还有很长的路要走，但这项技术所展现的多重效益和战略价值，必将为构建绿色低碳循环发展的经济体系注入新的动能。未来，随着更多这样的原创性突破不断产生，我国在新能源领域的国际竞争力将得到持续提升。