重点介绍了韩国标准科学研究院(KRISS)的Ansoon Kim博士在不同缺陷密度的TiOx层钝化的Si光阳极上的光电化学水分解机制的研究。资料来源:韩国标准科学研究院(KRISS)
KRISS展示了带有保护膜的光阳极的载流子传输机制，以提高绿色氢的产生。这一进步有助于实现无碳绿色制氢和人工光合作用。
近年来，氢作为一种清洁有效的能源备受关注。但它真的环保吗?目前，最普遍的氢是来自化石燃料的“灰氢”。考虑到生产过程中产生的温室气体排放，灰氢并不是真正的环保。不产生任何碳排放的“绿色氢”时代尚未到来。
朴槿惠总统领导的韩国标准科学研究院(KRISS)展示了利用太阳能水分解制氢的耐用、高效的具有保护膜的光阳极的潜在解决方案。预计这将开启环保型“绿色氢”时代。
绿色氢是利用可再生能源生产的，没有碳排放。生产绿色氢的代表性方法是利用直接浸入电解质并能吸收太阳光的光阳极进行光电化学水分解。因此，光阳极利用吸收的太阳能直接将接触水分解成氢和氧。然而，由于光阳极与电解质直接接触，它很容易发生表面腐蚀。在表面沉积了表面保护涂层以防止表面腐蚀。
通常，二氧化钛(TiO2)等氧化物材料被用作光阳极的保护膜。虽然氧化物材料是电的不良导体，但当氧缺陷形成时，它们的导电性可以被调制，氧缺陷作为电荷传输的通道。延长光阳极寿命的关键是开发一种足够耐用的保护膜，以防止电极腐蚀并能够保持最佳的导电性。
为了实现高效的PEC水分解，系统地控制n-Si光阳极TiOx钝化层缺陷密度是平衡两个因素的关键，即:(1)禁隙中载流子输运的可达态密度和(2)有利的界面能量学。资料来源:韩国标准科学研究院(KRISS)
KRISS开发了世界上第一个系统地调节二氧化钛(TiO2)光阳极保护膜中氧缺陷水平的技术，以最大限度地提高制氢效率。为了探索氧缺陷在电荷转移机制中的作用，研究小组通过x射线光电子能谱和电化学分析确定了最大化光阳极寿命和产氢量的最佳缺陷水平
与过去的研究依赖于在制造过程中保护膜中自发形成的氧缺陷不同，本研究提出了一种直接的生产方法，可以控制氧缺陷的水平，从而实现大规模生产。实验结果表明，没有保护膜的光阳极寿命在1小时内迅速退化，导致产氢效率比初始状态下降到20%以下。另一方面，具有优化保护膜的光阳极即使在100小时后也能保持85%以上的产氢效率。
这一成果有可能提高光阳极的效率和寿命，并可应用于其他依赖于光阳极的清洁技术。利用太阳能捕获二氧化碳并将其转化为化学能源的人工光合作用技术就是其中一个例子。
KRISS跨学科材料测量研究所首席研究员Ansoon Kim博士表示:“这种方法可以将光阳极的寿命提高约10倍，并为绿色氢的商业化做出重大贡献。”
KRISS计划进行进一步的研究，以揭示氧缺陷的最佳水平和最大化光阳极寿命的基本原理。
参考文献:“缺陷密度在n-Si光阳极TiOx保护层中对高效光电化学水分解的作用”，作者:Songwoung Hong, Woo Lee, Yun Jeong Hwang, Seungwoo Song, Seungwook Choi, Hyun Rhu, Jeong Hyun Shimbe和Ansoon Kim, 2023年1月13日，材料化学杂志A. DOI: 10.1039/D2TA07082K
这项研究是由韩国国立研究财团资助的。
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我是文学号的签约作者“啊爹”！
希望本篇文章《“绿色氢”时代——人工光合作用新进展》能对你有所帮助！
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