電解水制氫是傳統(tǒng)的制氫方法之一，相對比較成熟。電解水制氫就是利用電能來分解水，獲取氫氣（同時(shí)也得到氧氣）。電解水制取的氫氣純度可以達(dá)到99.99％，但是其生產(chǎn)過程中電能消耗較高。目前利用水電解制造氫氣的產(chǎn)量僅占總產(chǎn)量的4％左右。每生產(chǎn)1kg的氫氣，需要消耗50kWh左右的電量。

日前，廣東省納米微米材料研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室近期在國際頂級期刊Nano Letters(Nature Index期刊，IF=12.080)上發(fā)表題為“Three-Dimensional Decoupling Co-catalyst from Photo-absorbing Semiconductor as a New Strategy to Boost Photoelectrochemical Water Splitting”的論文，報(bào)道了一種在光電極表面有效負(fù)載助催化劑的三維去耦合新方法。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.8b04278

光電化學(xué)分解水制氫是將太陽能直接轉(zhuǎn)換為綠色高能量密度化學(xué)能的重要方式，承載著人類對無碳?xì)淠苌鐣?huì)的憧憬。影響制氫效率的三個(gè)關(guān)鍵因素為光電極對光的吸收與利用，光生載流子的傳輸與分離，以及光電極表面分解水反應(yīng)的速率。助催化劑能有效地提高分解水反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，但其在光電極表面的直接負(fù)載不僅負(fù)載量非常有限，而且會(huì)嚴(yán)重的影響吸光半導(dǎo)體對光的吸收與利用。

該實(shí)驗(yàn)室研究人員巧妙地利用一些共軛分子在過渡金屬存在和光照情況下可聚合的特點(diǎn)，在多種精心設(shè)計(jì)的吸光半導(dǎo)體納米陣列層的間隙構(gòu)筑了助催化劑納米粒子均勻分散的導(dǎo)電聚合物三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種光電極的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新不僅有效地提高了助催化劑的負(fù)載量，降低了助催化劑對吸光半導(dǎo)體光吸收的影響，而且實(shí)現(xiàn)了助催化劑與吸光半導(dǎo)體的物理分離，抑制了光生載流子的復(fù)合，極大地提高了光電化學(xué)分解水制氫的效率。

助催化劑的三維去耦合負(fù)載方法與光生載流子傳輸方式示意圖

該項(xiàng)工作在楊世和教授和龍霞副教授指導(dǎo)下，由博士研究生林鶴及課題組其他成員合作完成。該項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)基金、深圳市孔雀團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金-香港RGC聯(lián)合基金，及香港RGC項(xiàng)目的支持。