電解水制氫是傳統(tǒng)的制氫方法之一，相對(duì)比較成熟。電解水制氫就是利用電能來(lái)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(guò)程中電能消耗較高。目前利用水電解制造氫氣的產(chǎn)量?jī)H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(guó)際頂級(jí)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(yáng)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(duì)無(wú)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(duì)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(duì)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(guò)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(duì)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(guó)家自然科學(xué)基金、深圳市孔雀團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、國(guó)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。