金属氧化物太阳能电解水实现5%光氢转换纪录

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　　荷兰代尔夫特理工大学（TU Delft）的中国博士韩李豪（Lihao Han）和德国亥姆霍兹柏林太阳能燃料研究所（HZB）的博士后阿布迪(Fatwa F. Abdi)，近期研发成功一款基于钒酸铋薄膜和硅基薄膜的太阳能器件。研究人员将该器件置于溶液中并加以光照，金属氧化物端会电解水产生氧气，同时会在对电极制得氢气。这项技术让光生制氢技术取得了重大突破，实现了金属氧化物太阳能电解水的世界最高转化纪录：5%。

        随着光伏技术的大力发展，如何清洁、高效、廉价地对太阳能进行存储已经成为一项急需解决的科学问题。光电化学（Photoelectrochemistry）的方法在近些年逐步成为了各大高校和研究机构的研究热点。

        研究人员提出了氧化钛（TiO2）、氧化亚铜（Cu2O）、氧化钨（WO3）等不同的材料来尝试太阳能制氢。但是至今却未能有一种主流的材料得到大范围的应用，原因是得到大范围应用的光电化学材料必须是廉价的，并且能在酸性或者碱性的电解液中长时间稳定高效地工作。

        韩李豪（Lihao Han）说：“我们的科研团队提出了一种高性能的光电化学器件。我们选用了钒酸铋（BiVO4）作为光生阳极。钒酸铋是一种广泛应用于黄色颜料工业和汽车工业的廉价金属氧化物材料，应用于制氢具有巨大的成本优势。通过改变钨掺杂的浓度，在我们的器件中材料的能带结构发生了弯曲，产生的载流子更加有效地向两极分离，从而提高了光生制氢的效率。在金属氧化物层的背面，我们集成了非晶硅薄膜叠层电池（a-Si:H/a-Si:H）技术。非晶硅薄膜电池的光学带隙小于钒酸铋的光学带隙，因此它能吸收钒酸铋未完全利用的绿光、红光、近红外光，为反应的发生提供了足够的电压。”

       科学家们开发的这套低成本的系统通过太阳光将水分解成氢气和氧气，这使得太阳能可以被转换成氢能并存储起来。其中新型的器件结构，能带结构的弯曲，太阳能全光谱的吸收利用，新型光捕获等关键技术，为下一步的研究提供了新方向和新思路。

       该研究团队中，韩李豪毕业于中国清华大学，现为美国加州理工学院(Caltech)访问学者和荷兰代尔伏特理工大学博士研究员；阿布迪毕业于新加坡南洋理工大学，美国麻省理工学院(MIT)访问学者，荷兰代尔伏特理工大学博士，现为德国亥姆霍兹柏林太阳能燃料研究所（HZB）的博士后研究员。

        相关成果发表在2014年1月2日出版的《物理化学及化学物理》（Phys. Chem. Chem. Phys.）和《自然—通讯》（Nature Communication）杂志上。

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