中國科學家推動“人工樹葉”研發取得新進展

記者17日從天津大學獲悉，該校化工學院新能源化工團隊在無偏壓光電化學水分解制氫領域取得突破性進展。研究團隊成功開發出一種高效穩定的半透明光電陽極器件，將太陽能-氫能轉換效率提升至5.1%，創下同類系統最高紀錄。這一成果為“人工樹葉”研發提供了新技術路徑，相關研究已發表於《自然·通訊》。

一種創新的無偏壓太陽能水分解系統。

隨着能源危機和環境問題加劇，太陽能因其清潔可持續特性成為重要解決方案。針對太陽能間歇性問題，無偏壓太陽能水分解技術可直接利用太陽能分解水制氫，將不穩定的太陽能轉化為可儲存的氫能，為應對能源環境挑戰提供了新路徑。

然而，光電陽極水氧化反應速率慢的問題嚴重製約了無偏壓太陽能水分解效率的提升。針對這一技術瓶頸，天津大學化工學院新能源化工團隊成功研製出具有突破性的半透明硫化銦光陽極器件。“這種半透明設計巧妙地解決了傳統金屬層導電與透光無法兼得的問題。”論文通訊作者、天津大學化工學院教授王拓説，“它不僅能顯著提高水氧化反應速率，還能讓部分陽光穿透到達光電陰極，大幅減少了太陽光的能量損耗，有效突破了光生電子跨界面傳輸的障礙。”

實驗表明，該器件在完全依靠陽光驅動的獨立系統中，實現了5.1%的太陽能-氫能轉換效率，突破了此前採用硅基光電陰極與全無機光電陽極該系統5%的轉換率大關。

該成果為半透明光電陽極設計提供了創新方案，為多組分串聯光電極研發開闢了新思路。隨着技術優化，未來或將開發出高效、低成本、耐用的“人工樹葉”，應用於建築外牆、屋頂或在沙漠建設制氫站。這一技術有望成為氫能生產的重要途徑，推動清潔能源廣泛應用，實現源自陽光和水的綠色能源循環。

（科技日報記者 陳曦 通訊員 趙暉）