美国罗格斯大学:>200小时,>10%效率直接太阳能驱动光电水解产氢...

罗格斯大学科研团队突破创新，探索高效太阳能驱动的光电水解产氢技术

在可持续能源研究的前沿，美国罗格斯大学的研究者们，Shinjae Hwang、Hengfei Gu（顾恒飞）与Eric Garfunkel、G. Charles Dismukes携手合作，致力于开发化石燃料的绿色替代方案。他们聚焦于氢气，作为一种极具潜力的可再生能源，发现Ni5P4化合物展现出了媲美铂的析氢催化活性，这无疑为清洁能源的生产开辟了新路径。

他们的研究焦点在于设计和优化光电催化产氢半导体，解决催化剂合成、整合以及电解液稳定性等关键挑战。他们提出了一个创新的构想，即在TiO2/TiN双层结构中结合GaInP2/GaAs太阳能电池与Ni5P4催化剂。这种组合的优势在于，GaInP2/GaAs电池能高效捕捉太阳光，TiO2作为电子传输层和保护层，而Ni5P4则通过物理沉积法精准沉积，TiN作为高温扩散屏障，有效防止了高温下的元素迁移。

实验数据显示，1纳米的TiN层成功防止了TiO2和GaInP2之间的元素扩散，为光电阴极性能的提升奠定了坚实基础。TiO2/TiN/GaInP2界面的精细调控和电解液环境对催化活性的影响被深入探究。Ni5P4纳米层在pH7的电解液中表现出卓越的析氢活性，其与TiO2/TiN/GaInP2/GaAs/Au组成的光电阴极在零偏电压下，能产生高达-9.3至-10.7 mAcm⁻²的析氢电流，以及11.4%至13.2%的太阳能到氢能转换效率。令人瞩目的是，这种阴极在AM1.5 G模拟太阳光照射下，其零偏电压下的析氢稳定性可以稳定维持200小时以上，效率始终保持在10%以上，这是光电驱动产氢技术的一个重大突破。

然而，尽管成果显著，挑战依然存在，提高钙钛矿电池的稳定性是未来发展的关键。这篇创新研究论文已发表在《美国化学会能源快报》上，链接为：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsenergylett.3c02606，并得到了美国能源部的资助（DE-EE0008083）。

这一科研成果的背后，凝聚了Shinjae Hwang、Hengfei Gu、Eric Garfunkel和Charles Dismukes团队的辛勤努力和创新思维。他们以图1-5展示了实验的详细成果和结构分析，为材料科学与工程领域的进步做出了重要贡献。他们的研究不仅为可持续能源的未来打开了新的大门，也为绿色技术的整合与应用提供了新的可能性。

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