【AM宁波材料所建所20周年专刊】粒子型光电极在光电催化水分解中的设计与优化

光电解水技术作为一种清洁能源转换方式，对于应对全球能源短缺和环境恶化具有重要意义。目前，开发具有优异能带特性的新型半导体复合材料，精确调控材料的微观结构和表面特性，优化光电极的能带结构，提升光电极的吸光效率，改善电荷在光电极内部的迁移效率以及在光电极/电解质界面的传输和分离效率，增强催化反应的动力学性能，同时降低材料成本、简化器件结构，是推动光电解水（PEC）技术进一步发展和应用的关键。

近年来，中国科学院宁波材料技术与工程研究所人工光合成与能源催化团队一直致力于开发新型多元氧化物半导体材料，并专注于粒子型光电阳极的设计和优化。该团队在Advanced Materials上发表了题为“Particle-based Photoelectrodes for PEC Water Splitting: Concepts and Perspectives”的综述文章（原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202311692）。

文中，作者深入探讨了PEC水分解技术的原理，并综合评述了设计和制造粒子型光阳极以实现高效绿色氢气生产的策略。文章分析了多种半导体材料的粒子尺寸、形状、组成、形态和表面改性等因素对光阳极性能和稳定性的影响，概述了多种粉末的合成技术及光电阳极的组装工艺，探讨了光电阳极材料开发的最新进展和面临的挑战，并提出了采用新型结构和异质结等策略，以进一步提升光电阳极的性能与稳定性。

宁波材料所刘德宇副研究员为论文第一作者，况永波研究员为论文通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金面上项目（22379153）、国家自然科学基金青年项目（21905288）、宁波市科技计划重点研发项目（2023Z147）、宁波材料所所长基金青年项目（2021SZKY0306）、宁波材料所春蕾人才等项目的资助。

光阳极光电解水工作原理示意图

粒子型光电极制备方法原理示意图

（氢能与储能材料技术实验室）