電解水制氫是傳統的制氫方法之一，相對比較成熟。電解水制氫就是利用電能來分解水，獲取氫氣（同時也得到氧氣）。電解水制取的氫氣純度可以達到99.99％，但是其生產過程中電能消耗較高。目前利用水電解制造氫氣的產量僅占總產量的4％左右。每生產1kg的氫氣，需要消耗50kWh左右的電量。
日前，廣東省納米微米材料研究重點實驗室近期在國際頂級期刊Nano Letters(Nature Index期刊，IF=12.080)上發表題為“Three-Dimensional Decoupling Co-catalyst from Photo-absorbing Semiconductor as a New Strategy to Boost Photoelectrochemical Water Splitting”的論文，報道了一種在光電極表面有效負載助催化劑的三維去耦合新方法。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.8b04278
光電化學分解水制氫是將太陽能直接轉換為綠色高能量密度化學能的重要方式，承載著人類對無碳氫能社會的憧憬。影響制氫效率的三個關鍵因素為光電極對光的吸收與利用，光生載流子的傳輸與分離，以及光電極表面分解水反應的速率。助催化劑能有效地提高分解水反應動力學，但其在光電極表面的直接負載不僅負載量非常有限，而且會嚴重的影響吸光半導體對光的吸收與利用。
該實驗室研究人員巧妙地利用一些共軛分子在過渡金屬存在和光照情況下可聚合的特點，在多種精心設計的吸光半導體納米陣列層的間隙構筑了助催化劑納米粒子均勻分散的導電聚合物三維網絡結構。這種光電極的結構創新不僅有效地提高了助催化劑的負載量，降低了助催化劑對吸光半導體光吸收的影響，而且實現了助催化劑與吸光半導體的物理分離，抑制了光生載流子的復合，極大地提高了光電化學分解水制氫的效率。
助催化劑的三維去耦合負載方法與光生載流子傳輸方式示意圖
該項工作在楊世和教授和龍霞副教授指導下，由博士研究生林鶴及課題組其他成員合作完成。該項工作得到了國家自然科學基金、深圳市孔雀團隊項目、國家自然科學基金-香港RGC聯合基金，及香港RGC項目的支持。
