科技创新重塑未来能源产业

中国科学技术大学联合团队突破光电制氢技术瓶颈：高效稳定产氢超过800小时

近日，中国科学技术大学的孙海定教授团队和熊宇杰教授团队联手武汉大学刘胜院士团队，通过创新设计一种晶圆级可制造的新型硅基氮化镓纳米线光电极结构，实现了光电化学水分解的高效率与长期稳定性。
这一重要突破日前发表在《自然-通讯》杂志上，为规模化制氢应用打下了坚实的基础。

光电化学水分解是一种环保且可持续的技术，可直接将阳光和水转化为绿色氢气。
这一过程中的光电极的催化活性和长期稳定性是实现高效、可靠氢气生产的关键。
传统光电极材料如硅、金属氧化物等存在光腐蚀与化学腐蚀的问题，催化剂与半导体界面结合弱，导致助催化剂脱落与催化活性衰减，从而限制了光电极的长期耐久性。

针对这一挑战，研究团队设计并制备了一种可大规模生产的新型一维/三维异质异构的光电极结构。
该结构由一维氮化镓纳米线阵列和三维硅太阳能电池衬底构成。
通过简单的碱性刻蚀策略，研究团队成功暴露出氮化镓内部的（10-1-1）晶面，并首次通过一维氮化镓极性晶面重构策略，构筑了新型的助催化剂/半导体界面。
实验数据显示，器件在一个太阳光的照射下获得10.36%的半电池太阳能制氢效率。
更令人振奋的是，该器件在高电流密度下稳定产氢超过800小时，首次将光电极的使用寿命推进至月级。

这一显著提升的性能得益于氮化镓（10-1-1）晶面与金纳米颗粒之间的强耦合作用。
这种强耦合作用不仅优化了金纳米颗粒的电子结构，提高了氢吸附自由能，进而增强了析氢反应的催化活性，同时还提高了氮化镓纳米线表面对金纳米颗粒的锚定能力，有效防止了反应过程中金纳米颗粒的脱落，避免了催化活性的衰减。

这项研究不仅解决了传统三五族化合物半导体如氮化物等与助催化剂界面结合弱的共性难题，也为改善三五族化合物半导体/助催化剂界面提供了一条简单有效的途径。
所提出的晶面-催化剂界面调控策略可拓展至其他化合物半导体及催化反应体系，为氮化物半导体在人工光合反应中的广泛应用奠定了基础。

这一重要突破有望在能源转换领域发挥重要作用。
随着全球对清洁能源的需求日益增长，如何高效、可持续地生产氢气成为关键。
中国科学技术大学的这一研究成果为实现规模化制氢应用提供了强有力的技术支持，对于推动能源转型和可持续发展具有重要意义。

这一成果的取得也彰显了中国在光电化学水分解领域的科研实力。
研究团队的创新精神和卓越成果为全球科研人员树立了榜样，有望引领更多的科研团队投身于光电化学水分解技术的研究，进一步推动清洁能源领域的发展。

中国科学技术大学的这一研究成果为光电化学水分解技术带来了新的突破，实现了高效稳定的制氢过程。
这一技术的进一步发展和应用，将为全球能源转型和可持续发展提供强有力的支持，助力实现绿色、环保、可持续的能源未来。

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