金屬氧化物光電極降低製氫成本

據外國媒體報道：由於諸多原因
，化石燃料的時代終將結束。作為化石燃料的替代品，氫氣具有極大地吸引力：巨大的能量密度
、可以進一步儲存或處理，例如製成甲烷或者使用燃料電池直接提供清潔電力。僅使用陽光生產的氫氣可達到完全可再生，零碳排放。

HZB太陽能燃料研究所的科學家將研究重點放在複合金屬氧化物半導體上
，對其機理做了研究，並取得了一定突破。

類似於天然光合作用的過程，陽光也可以用於“人造葉”
，將水分解成氧和氫。“人造葉”由光半導體材料組成
，其光解效率高達15%以yi上shang
，然ran而er，這zhe些xie效xiao率lv記ji錄lu是shi使shi用yong昂ang貴gui的de係xi統tong獲huo得de的de，這zhe些xie係xi統tong在zai水shui溶rong液ye中zhong還hai不bu夠gou穩wen定ding
，容rong易yi分fen解jie。為wei了le實shi現xian商shang業ye化hua，需xu要yao減jian低di成cheng本ben，並bing且qie增zeng強qiang穩wen定ding性xing。

HZB太陽能研究所專家Fatwa Abdi博bo士shi燃ran料liao指zhi出chu，複fu合he金jin屬shu氧yang化hua物wu半ban導dao體ti是shi人ren造zao葉ye片pian的de良liang好hao候hou選xuan物wu
，因yin為wei它ta們men相xiang對dui便bian宜yi且qie在zai水shui溶rong液ye中zhong穩wen定ding。到dao目mu前qian為wei止zhi
，基ji於yu金jin屬shu氧yang化hua物wu的de光guang電dian解jie係xi統tong隻zhi有you中zhong等deng效xiao率lv（<8%），其中一個原因是它們的電荷載流子（電子和/或空穴）遷移率較差
，比傳統的半導體（例如砷化镓或矽）低了10萬倍，更糟糕的是，金屬氧化物中的電荷載體通常隻有納秒或甚至皮秒的壽命

，其中很多電荷在協助水分子分解之前就消失了。

克服這個限製的一個選擇是將沉積後的金屬氧化物層在氫氣氛下的熱處理。atwa Abdi及其同事現在已經調查了這種處理如何影響金屬氧化物光電極BiVO4的壽命、運輸性能和缺陷。

時間-電導率測量顯示，與原始BiVO4相比
，氫處理後的的BiVO4中的電子和空穴體積和壽命增加了兩倍，其結果是陽光下的整體光電流大大提高。進一步測量以及沙特阿拉伯的KAUST同事的理論計算提供的證據表明
，氫氣氛圍中熱處理後
，金屬氧化物BiVO4中的大部分點缺陷消失或者失去活性，晶體重組或丟失的機會較少
，延長了電荷載體的壽命，有助於水的分解。

本結果發表在2017年8月25日出版的Advanced Energy Materials上，論文標題為：Enhancing Charge Carrier Lifetime in Metal Oxide Photoelectrodes through Mild Hydrogen Treatment。DOI: 10.1002/aenm.201701536。