电化学海水分解具有生产高纯度氢气(H₂)和高成本效益的特性被认为是最可靠的制氢方法。然而，在海水中Cl⁻的氧化电位仅比H₂O高0.48 V，在工业级电流密度下可能会发生氯析出反应(ClER)，这导致ClO⁻的形成，造成电催化剂的不可逆腐蚀。

为了解决上述瓶颈，用热力学上更有利的小分子氧化反应代替OER是可行的。肼(N₂H₄)被列为2A类致癌物，工业N₂H₄废水的浓度通常在5-10%之间，对环境和人类健康构成重大风险。电催化N₂H₄氧化反应(HzOR)是一种很有前途的处理含N₂H₄废水的技术，并且将HER与HzOR耦合不仅能够降低反应体系的能量输入，而且为可持续的海水制氢提供了显著的成本效益。

基于此，大连理工大学杨明辉、台州学院王家成和香港理工大学朱叶等在钛箔上设计了Pt量子点(3.74 wt%)修饰的Ni₃N-MoN纳米片(Pt QDs@Ni₃N-MoN/Ti)，并将其作为HER和HzOR的双功能电催化剂。

理论计算表明，H₂O和N₂H₄分子在Pt位点具有强吸附，这有利于维持不间断的反应物供应；同时，Pt QDs@Ni₃N-MoN/Ti费米能级向更高的能级移动，表明材料内部的电子浓度增加，从而增强了电导率。此外，在引入Pt量子点后，H₂O在催化剂上的解离能垒仅为0.381 eV，HzOR速率决定步骤(RDS)的能垒也显著下降，改善了N₂H₄的脱氢热力学行为。

以含有N₂H₄的海水为电解质，利用Pt QDs@Ni₃N-MoN/Ti材料组装的阴离子交换膜水电解(AEMWE)装置仅需要1.12/1.41 V的外加电压就能达到1/2 A cm^-2的电流密度，H₂的法拉第效率接近100%；同时，该电解槽的能耗仅为2.68 kWh m⁻³ H₂@1 A cm⁻²，与传统碱性水电解相比降低了47.1%。此外，Pt QDs@Ni₃N-MoN/Ti可以在2 A cm^-2的电流密度下稳定运行至少300小时，显示出优异的实际应用潜力。

综上，该项工作强调了低负载贵金属基量子点在调节金属氮化物(MN)动力学和热力学行为方面的潜力，并提供了一种有前景的、无氯析出的，以及节能的海水电解制氢模式。

Optimizing the dehydrogenation kinetics of metal nitrides for energy-efficient seawater hydrogen production at 2 A cm⁻². Advanced Functional Materials, 2024. DOI: 10.1002/adfm.202403863