中国科学家推动“人工树叶”研发取得新进展
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2025-06-18 18:50:02
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记者17日从天津大学获悉，该校化工学院新能源化工团队在无偏压光电化学水分解制氢领域取得突破性进展。研究团队成功开发出一种高效稳定的半透明光电阳极器件，将太阳能-氢能转换效率提升至5.1%，创下同类系统最高纪录。这一成果为“人工树叶”研发提供了新技术路径，相关研究已发表于《自然·通讯》。
一种创新的无偏压太阳能水分解系统。随着能源危机和环境问题加剧，太阳能因其清洁可持续特性成为重要解决方案。针对太阳能间歇性问题，无偏压太阳能水分解技术可直接利用太阳能分解水制氢，将不稳定的太阳能转化为可储存的氢能，为应对能源环境挑战提供了新路径。
然而，光电阳极水氧化反应速率慢的问题严重制约了无偏压太阳能水分解效率的提升。针对这一技术瓶颈，天津大学化工学院新能源化工团队成功研制出具有突破性的半透明硫化铟光阳极器件。“这种半透明设计巧妙地解决了传统金属层导电与透光无法兼得的问题。”论文通讯作者、天津大学化工学院教授王拓说，“它不仅能显著提高水氧化反应速率，还能让部分阳光穿透到达光电阴极，大幅减少了太阳光的能量损耗，有效突破了光生电子跨界面传输的障碍。”
实验表明，该器件在完全依靠阳光驱动的独立系统中，实现了5.1%的太阳能-氢能转换效率，突破了此前采用硅基光电阴极与全无机光电阳极该系统5%的转换率大关。
该成果为半透明光电阳极设计提供了创新方案，为多组分串联光电极研发开辟了新思路。随着技术优化，未来或将开发出高效、低成本、耐用的“人工树叶”，应用于建筑外墙、屋顶或在沙漠建设制氢站。这一技术有望成为氢能生产的重要途径，推动清洁能源广泛应用，实现源自阳光和水的绿色能源循环。
（科技日报记者 陈曦 通讯员 赵晖）
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