福建科研团队在光解海水制氢领域取得“芯”突破

东南网4月10日讯（福建日报记者 李珂） 近日，厦门大学电子科学与技术学院黄文财教授和福州伏智光催化研究中心吕锋仔、中国科学技术大学董振超教授合作，在光解海水制氢领域取得重大突破，相关成果发表于知名学术期刊Nano-Micro Letters（《纳微快报（英文）》）上。

据介绍，这个研究团队开发的Ag_3PO_4/CdS多孔微反应器芯片，刷新了常温、常压下光解天然海水制氢的光氢转换效率（以下简称“STH效率”）和稳定运行时长纪录。

绿色氢能理想又清洁，是可再生能源中的“佼佼者”。目前，制备绿氢方式主要有三种，其中光解水制氢已被列为中国科学院科技战略咨询研究院重点新兴前沿项目。相较于光伏电催化制氢和光电化学制氢，光解水制氢系统最简单，成本最低，产业化前景十分广阔。考虑到淡水资源稀缺，光解海水制氢比光解淡水制氢更有优势。而且，能在常压常温下正常运行的光解海水制氢系统，对环境条件要求更低，更利于实际应用。

不过，当前光解海水制氢技术也面临着较大的挑战。现有文献显示，相关系统稳定性一般只有约10小时，目前已报道的近常压常温下光解水STH效率最高才0.41%，距离产业化还有很大差距。

为实现高效光解海水制氢产业化，研究团队设计并开发出基于空位工程的Ag_3PO_4/CdS多孔微反应器芯片，在多个性能方面实现了重大突破：

一是提出在多孔基底上沉积薄膜的设计方案，开发出性能优异的Ag_3PO_4/CdS半导体芯片，该芯片在天然海水中能稳定运行超300小时，远超领域中约10小时的耐久瓶颈。通过通氧沉积，让芯片表面有丰富的硫和银空位，使其能选择性吸附硫物种，排斥其他杂质，打破了光解水体系在海水中运行耐久性远低于纯水的固有看法。同时，阶梯式电荷转移实现了载流子的空间分离，解决了Ag_3PO_4和CdS材料极易光腐蚀的难题。

二是该芯片在天然海水中的STH效率达到0.92%（模拟自然环境的常温/常压条件）。团队通过在空间电荷区内构建异质结并调控厚度，既保留了Ag_3PO_4和CdS的强氧化还原能力，又实现了良好的载流子动力学；芯片不规则的多孔结构让活性位点增多，提高了光解水活性；分层结构避免了氢氧生成后的复合，使其能在自然环境下高效工作。

三是团队完成首个全太阳能驱动制氢模块设计，并在户外自然条件下开展光解海水制氢实验。

据悉，此项研究工作得到了福建省高校产学合作科技重大项目和福州伏智光催化研究中心的资助。