新突破！解决高效水电解制氢一大难题

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摘   要：美国得克萨斯大学奥斯汀分校开发出一种水电解制氢析氧反应光阳极的低成本、可扩展的制造技术，并通过在较厚的SiO₂层中制造导电路径，解决了电荷传输的难题。

关键字：高效水电解制氢、绿氢、析氧反应、光阳极、制造技术

美国得克萨斯大学奥斯汀分校（UT Austin）开发出一种水电解制氢析氧反应（OER）光阳极的低成本、可扩展的制造技术。

在传统的通过蒸气和甲烷的加热来制造氢气的方法中，由于使用化石燃料并产生CO₂。因此，目前正在推进使用环境友好型的技术来制造“绿氢”，而简化水解反应是其中的重要组成部分。

高效的水电解需要一种能够有效吸收阳光且在水电解反应条件下不会变质的材料。然而，具有优良阳光吸收能力的材料在水电解反应条件下缺乏稳定性；而稳定的材料阳光吸收能力较差，难以同时实现这两种特性。

虽然可以通过有效吸收阳光的硅（Si）和提供稳定性的二氧化硅（SiO₂）的组合来确保这两种特性，但是SiO₂层中的电荷传输成为难题。虽然通过减小SiO₂层的厚度到几nm以下能够解决这一问题，但如此一来其对Si层的保护效果将会下降。

本研究中，通过在较厚的SiO₂层中制造导电路径解决了这个问题。在用铝（Al）薄膜涂覆SiO₂层之后，对整体进行加热以形成纳米级的铝刺（Al spike）的阵列。这些铝刺（Al spike）可以用会引起水解催化反应的镍（Ni）等材料代替。

当该装置暴露在阳光下时，会有效地氧化水以形成氧分子，而另一个电极则制造氢气。而且该装置在很长一段时间内表现出了出色的稳定性，此外由于其可与通用电子芯片一样制造，因此可以容易地进行批量生产。

今后的目标是通过提高反应速率来提高析氧反应（OER）的效率，还将尝试使用该技术来解决析氢反应（HER）存在的课题。

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翻译：王宁愿

审校：李   涵

贾陆叶

统稿：李淑珊

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