太阳能绿色制氢技术的商业化即将实现，这要归功于一种新型保护材料的开发，该材料显著提高了该技术的关键组件光电极的寿命。

　　来自UNIST能源与化学工程学院的Jungki Ryu教授与来自瑞士苏黎世大学（UZH）的David Tilley教授合作，创造了一种保护层，大大提高了用于太阳能制氢的金属氧化物基光电极的耐久性。

　　光伏制氢利用阳光通过水的电化学分解产生氢气。这个过程依赖于光电极，它吸收太阳能来驱动将水分子分解成氢和氧的反应。具体来说，当阳光照射光电极时，它会引发电化学反应，促进水分离成其组成元素，最终产生氢气。

　　然而，该技术的一个主要挑战是水氧化过程中光电极的腐蚀，这突出了在商业化之前对有效保护材料的迫切需求。虽然基于金属氧化物的光电极具有成本效益，但由于缺乏合适的保护层，其发展进展滞后。

　　研究小组通过将聚乙烯亚胺聚合物（PEI）掺入二氧化钛（TiO2）中来解决这一挑战，二氧化钛传统上用于保护昂贵的半导体光电极。这种创新的保护层有效地阻挡了由光吸收产生的电子-带负电荷的粒子-同时选择性地允许空穴-带正电荷的粒子-促进水氧化反应，从而提高光阳极的性能并防止腐蚀。

　　当应用于BiVO4光阳极时，新开发的保护层在2.03 mA/cm2的高电流密度下可实现稳定的水分解反应超过400小时。与没有保护层的光电极（通常在5小时内失效）相比，这代表了稳定性的显著提高。电流密度是光电极效率的一个指标。

　　此外，这种先进的保护层是通用的，可以与各种金属氧化物基光电极一起使用，包括氧化铁（Fe2O3）。

　　柳教授表示：“此次研究是开发低成本、高稳定性的太阳能水分解技术的重大突破。它有望促进其他光电化学电池的发展，从太阳能中产生高价值的资源。”

　　这项研究的结果发表在2024年11月的《自然通讯》（Nature Communications）上，UZH的Sanghyun Bae博士是第一作者，UNIST的Minjung Kim博士和Yuri Choi博士也做出了贡献。该研究还得到了瑞士国家科学财团（SNSF）和韩国研究财团（NRF）的支持。

　　期刊引用

　　Sanghyun Bae, Thomas Moehl， Erin Service等，“一种用于稳定和低成本太阳能水氧化光阳极的孔选择性混合TiO2层，”Nat. common。,(2024)。