太阳能绿色制氢技术的商业化即将实现，这要归功于一种新型保护材料的开发，这种材料可以显著提高光电极（该技术的关键部件）的寿命。据外媒报道，韩国蔚山科学技术院（UNIST）能源与化学工程学院的Jungki Ryu教授与苏黎世大学（University of Zurich，UZH）David Tilley教授合作，创造了一种保护层，可以大大提高用于太阳能制氢的金属氧化物光电极的耐用性。

图片来源：期刊《Nature Communications》

光伏制氢利用阳光通过电化学分解水产生氢气。该过程依赖于光电极，光电极吸收太阳能来驱动将水分子分解为氢和氧的反应。具体来说，当阳光照射光电极时，它会触发电化学反应，促进水分解成其组成元素，最终产生氢气。

然而，这项技术的一个主要挑战是水氧化过程中光电极的腐蚀，这凸显了在商业化之前对有效保护材料的迫切需求。虽然基于金属氧化物的光电极具有成本效益，但由于缺乏合适的保护层，其开发进展滞后。

通过将聚乙烯亚胺聚合物（PEI）添加到传统上用于保护昂贵的半导体光电极的二氧化钛（TiO2）中，研究团队以应对这一挑战。相关研究发表在期刊《Nature Communications》。

这种创新的保护层有效地阻挡了电子（光吸收产生的带负电的粒子），同时选择性地允许空穴（带正电的粒子）促进水氧化反应，从而提高光阳极的性能并防止腐蚀。

当应用于BiVO4光阳极时，新开发的保护层可在2.03 mA/cm²的高电流密度下实现超过400小时的稳定水分解反应。与没有保护层的光电极（通常在五小时内失效）的性能下降相比，这代表了稳定性的显著改善。电流密度是光电极效率的指标。

此外，这种先进的保护层用途广泛，可与各种基于金属氧化物的光电极一起使用，包括氧化铁（Fe2O3）。

Ryu教授评论说：“这项研究代表了开发低成本、高稳定性太阳能水分解技术的重大突破。它有望促进其他光电化学电池的发展，这些电池可从太阳能中产生高价值资源。”