天大新成果帮助研究“人工叶”

近日，天津大学化工学院新能源化学团队在无偏压光电化学水分解制氢领域取得了重要研究成果。该研究开发了一种高效稳定的半透明光电阳极装置，可以显著提高水氧化反应率，提高太阳能水分解制氢效率。相关论文发表在自然-通信上。

随着能源问题和环境污染问题的日益严重，太阳能作为清洁可持续的能源来源，逐渐成为解决这一挑战的关键。然而，太阳能有间歇性缺陷。无偏压太阳能水分解技术可以通过太阳能直接驱动水分转化为氢气和氧气。这种方法可以有效地将间歇性太阳能转化为储存的氢气，因此被认为是应对能源问题和环境污染的潜在处理方法之一。

然而，由于光电阳极水氧化反应速度慢，整体水分解效率受到限制，成为无偏压太阳能水分解技术发展的瓶颈之一。面对这个问题，天津大学化工学院新能源化学团队开发了一种高效稳定的半透明光电阳极器件——半透明硫化硅光阳极。该装置独特的透明特性显著提高了水氧化反应速度，同时允许部分阳光通过到达光电负极，减少了太阳光的无效能量损失，从而有效解决了金属层不透明效应与光生电子跨界面传输障碍之间的矛盾。

实验表明，由于其优异的半透明特性，该装置完成了5.10%的太阳能-氢能转换效率，并在完全依赖阳光驱动的独立系统中创造了此类系统的最高记录。此前，选择硅基光电负极和无机光电阳极的无偏压光电化学水分解系统，其太阳能-氢能转换效率尚未超过5%的价格。这一突破证明，纯无机半透明光电阳极的串联光电化学器件在太阳能制氢领域具有很大的应用潜力。

据悉，这一成果不仅为半透明光电阳极的设计提供了创新的解决方案，也为未来开发多组分串联光电极开辟了新的基本思路。随着这项技术的不断进步和优化，预计将会出现更高效、更便宜、更耐用的“人造叶”。它们可能覆盖建筑物的外墙或屋顶，甚至可能在沙漠中建立大型“阳光制氢站”。太阳能水分解技术有望成为未来氢能生产的有效途径，进一步推动绿色能源的广泛应用。这意味着我们未来启动的汽车和所使用的能源可能来自阳光和水的绿色循环。