美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)的科学家开发出一种方法，可以提高光电化学水分解装置中高效光电阴极的寿命。
使用光电化学(PEC)装置是生产氢的有前途的方法。PEC细胞吸收太阳光并通过分裂水分子将该能量转化为氢和氧。不幸的是，迄今为止开发的高效装置在细胞暴露的酸性溶液中迅速降解。在来自PEC装置的可再生氢可以在商业上可行之前，必须克服制造更耐用的电池的挑战。
基于NREL高效串联太阳能电池的集成串联电池用于分解水和产生氢气的概念是18年前由研究员John Turner开发的，他自1979年以来一直在实验室工作。他设计了一种串联太阳能电池含有磷化镓铟(GaInP2)和砷化镓(GaAs)半导体的层，以吸收太阳光并产生光电化学水分解反应所需的能量。特纳的设备保持了最高的太阳能到氢气效率的记录，直到它在2015年终于黯然失色。
该论文“用于高效稳定的水分解光电阴极的分级催化保护层”出现在新一期的“ 自然能源 ” 杂志上。特纳的博士后顾静，领导了这项工作。她现在是圣地亚哥州立大学的助理教授。与特纳一起，共同作者均来自NREL：Jing Gu，Jeffery A. Aguiar，Suzanne Ferrere，Xerxes Steirer，Yong Yan，Chuanxiao Xiao，James L. Young，Mowafak Al-Jassim和Nathan R. Neale。
这篇Nature Energy论文描述了NREL研究人员如何通过在GaInP2上沉积和退火双层无定形二氧化钛(TiOx)和硫化钼(MoSx)来确定更高的光电阴极稳定性和高催化活性。在20小时耐久性测试期间，光电阴极保留了80%的初始发电量。TiOx和MoSx产生催化剂保护层并用于保护GaInP2免受酸性溶液的影响。
“这篇论文，连同我们之前在Nature Materials上发表的关于表面保护的论文，表明可以对这些光电化学装置的稳定性和活性进行相当大的改进，”特纳说。
氢气目前用于升级原油用于燃料生产和氨合成，这对于食品生产至关重要。NREL研究的好处来自于从可再生资源生产氢气，而不是现在通常使用的蒸汽重整天然气工艺。该过程将二氧化碳释放到大气中，从而有助于温室效应。
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