天大新成果助力“人工树叶”研究
近日，天津大学化工学院新能源化工团队在无偏压光电化学水分解制氢领域取得重要研究成果，该研究开发了一种高效、稳定的半透明光电阳极器件，能显著提升水氧化反应速率，提高太阳能水分解制氢效率。相关论文发表在《自然—通讯》上。
随着能源危机和环境污染问题日益严峻，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。但是太阳能存在间歇性的缺点。无偏压太阳能水分解技术可以利用太阳能直接驱动水分子分解成氢气和氧气，这种方法能高效地将间歇性的太阳能转化为可存储的氢气，因而被视为应对能源危机与环境污染的潜在解决路径之一。
然而，由于光电阳极水氧化反应速率较慢，限制了整体水分解的效率，成为无偏压太阳能水分解技术发展的瓶颈之一。面对此难题，天津大学化工学院新能源化工团队研究开发了一种高效、稳定的半透明光电阳极器件——半透明硫化铟光阳极。该器件独特的透明特性，在显著提升水氧化反应速率的同时，还能允许部分阳光穿透到达光电阴极，减少太阳光的无效能量损耗，从而有效解决了金属层的不透光效应与光生电子跨界面传输障碍之间的矛盾。
实验表明，得益于优异的半透明特性，该器件在完全依靠阳光驱动的独立系统中，实现了5.10%的太阳能-氢能转换效率，创下该类系统最高纪录。此前，采用硅基光电阴极与全无机光电阳极的无偏压光电化学水分解系统，其太阳能-氢能转换效率尚未突破5%大关。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巨大应用潜力。
据悉，该成果不仅为半透明光电阳极的设计提供了创新性解决方案，还为未来多组分串联光电极的开发开辟了新的研究思路。随着这一技术的不断发展和优化，更高效、更便宜、更耐用的“人工树叶”有望出现。它们可能覆盖在建筑物的外墙或屋顶上，甚至在沙漠中建立大型“阳光制氢站”。太阳能水分解技术有望在未来成为氢能生产的重要途径，进一步推动清洁能源的广泛应用。这意味着我们未来开动的汽车、使用的能源将可能源自阳光和水的“人工光合作用”，真正实现绿色循环。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60444-7
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