近日，澳大利亚研究委员会碳科学与创新卓越中心(COE-CSI)和阿德莱德大学的研究人员取得重要突破，成功开发出两种独特的节能且经济的系统，能够利用尿液和废水中的尿素来产生氢气，为经济地生产“绿色”氢气以及修复水生环境含氮废物提供了新途径。

目前，通过电解水产生氢气是常见技术，即把水分解成氧气和氢气，该技术虽有望助力解决全球能源危机，但存在能源消耗巨大、成本高昂的问题。与电解水制氢相比，利用尿素产生氢气的电解系统消耗能量少得多。不过，现有基于尿素的系统存在尿素转化氢气效率低、产生有毒含氮副产物(硝酸盐和亚硝酸盐)等限制，这些副产物与氢气生产竞争，进一步拉低系统效率。

此次澳大利亚科研团队开发的两种基于尿素的电解系统成功克服上述问题，可按计算成本生产绿色氢气，成本与生产灰色氢气(从化石燃料中提取，会产生碳排放)相当甚至更低。COE-CSI首席研究员姚政教授表示：“虽然尚未解决所有问题，但若这些系统能扩大规模，我们的系统将产生无害氮气，而非有毒的硝酸盐和亚硝酸盐，且两个系统都比水分解系统节省20-27%的电力。”

关于这两个系统的研究成果分别发表在《Angewandte Chemie International》和《Nature Communications》两篇论文中。郑教授指出，第一篇论文中的系统采用独特无膜系统和新型铜基催化剂，但使用纯尿素，而尿素通过高能耗、高碳排放的哈伯 - 博施氨合成工艺生产。为解决这一问题，研究团队在第二篇论文研究的系统中，使用绿色尿素来源——人类尿液，研究人员为科学事业捐献尿液，还使用实验室制备的模拟尿液，尿液或尿素也可从污水和其他富含氮废物的废水中提取。

然而，电催化系统中尿液带来了新挑战。尿液中的氯离子会引发反应生成氯，导致系统阳极发生不可逆腐蚀、氧化和电子损失。对此，研究团队找到抑制氯腐蚀的新反应机理。COE-CSI副主任兼首席研究员乔世章教授介绍，在第一个系统中，开发出创新高效的无膜尿素电解系统用于低成本制氢;在第二个系统中，开发出新颖的氯介导氧化机制，利用碳载体上的铂基催化剂从尿液中制氢。

不过，铂金作为催化材料，因需求增长面临不可持续的问题，它是一种昂贵、珍贵且有限的金属。COE-CSI的核心使命是为传统能源和化工行业提供变革性的碳催化剂技术。

目前，阿德莱德大学团队计划开展进一步实验，开发碳载非贵金属催化剂，用于构建无膜尿液废水系统，以实现绿色氢气的低成本回收，同时修复废水环境。

更多信息：Xintong Gao等，《无膜水电解低成本制氢》，《应用化学国际版》(2024)。

Pengtang Wang等，尿液电氧化节能制氢，《自然通讯》(2025)。DOI ：10.1038/s41467-025-57798-3。