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記者17日從天津大學(xué)獲悉，該校化工學(xué)院新能源化工團(tuán)隊(duì)在無(wú)偏壓光電化學(xué)水分解制氫領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)出一種高效穩(wěn)定的半透明光電陽(yáng)極器件，將太陽(yáng)能-氫能轉(zhuǎn)換效率提升至5.1%，創(chuàng)下同類系統(tǒng)最高紀(jì)錄。這一成果為“人工樹(shù)葉”研發(fā)提供了新技術(shù)路徑，相關(guān)研究已發(fā)表于《自然·通訊》。

隨著能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題加劇，太陽(yáng)能因其清潔可持續(xù)特性成為重要解決方案。針對(duì)太陽(yáng)能間歇性問(wèn)題，無(wú)偏壓太陽(yáng)能水分解技術(shù)可直接利用太陽(yáng)能分解水制氫，將不穩(wěn)定的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為可儲(chǔ)存的氫能，為應(yīng)對(duì)能源環(huán)境挑戰(zhàn)提供了新路徑。

然而，光電陽(yáng)極水氧化反應(yīng)速率慢的問(wèn)題嚴(yán)重制約了無(wú)偏壓太陽(yáng)能水分解效率的提升。針對(duì)這一技術(shù)瓶頸，天津大學(xué)化工學(xué)院新能源化工團(tuán)隊(duì)成功研制出具有突破性的半透明硫化銦光陽(yáng)極器件。“這種半透明設(shè)計(jì)巧妙地解決了傳統(tǒng)金屬層導(dǎo)電與透光無(wú)法兼得的問(wèn)題?！闭撐耐ㄓ嵶髡摺⑻旖虼髮W(xué)化工學(xué)院教授王拓說(shuō)，“它不僅能顯著提高水氧化反應(yīng)速率，還能讓部分陽(yáng)光穿透到達(dá)光電陰極，大幅減少了太陽(yáng)光的能量損耗，有效突破了光生電子跨界面?zhèn)鬏數(shù)恼系K。”

實(shí)驗(yàn)表明，該器件在完全依靠陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)的獨(dú)立系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了5.1%的太陽(yáng)能-氫能轉(zhuǎn)換效率，突破了此前采用硅基光電陰極與全無(wú)機(jī)光電陽(yáng)極該系統(tǒng)5%的轉(zhuǎn)換率大關(guān)。

該成果為半透明光電陽(yáng)極設(shè)計(jì)提供了創(chuàng)新方案，為多組分串聯(lián)光電極研發(fā)開(kāi)辟了新思路。隨著技術(shù)優(yōu)化，未來(lái)或?qū)㈤_(kāi)發(fā)出高效、低成本、耐用的“人工樹(shù)葉”，應(yīng)用于建筑外墻、屋頂或在沙漠建設(shè)制氫站。這一技術(shù)有望成為氫能生產(chǎn)的重要途徑，推動(dòng)清潔能源廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)源自陽(yáng)光和水的綠色能源循環(huán)。