要大规模地将水分解成氢气，我们需要可持续、高效、可扩展和持久的技术。利用太阳能(或其他可再生能源)来分解水可以带来可持续性，而最近的研究已经在效率和可扩展性方面取得了关键进展。现在，日本研究人员表示，他们在耐久性方面迈出了重要的一步。

（使用半透明的二氧化钛光阳极可以使SiC光电阴极利用透射光。使用具有不同能量间隙的光催化剂可以提高转换效率。）

现在的氢主要来自天然气，而天然气会向大气中排放大量的碳和甲烷污染物。相比之下，可持续的太阳能到氢气的方法集中在光电化学(PEC)水分解。在名义上不产生温室气体的PEC系统中，特殊的催化剂材料吸收阳光，直接将水分解成氢气和氧气。但这些设备也受到了低效率和寿命的限制。虽然之前的PEC技术通常只持续一周左右，但新系统的寿命明显更长。

名古屋理工学院电气机械工程教授Masashi Kato说:“我们确认了100天的耐用性，这是实验证实的PEC水裂解材料中最长的一种。”他说，对于可以安装在偏远地区的免维护系统来说，耐久性将是关键。

绿色氢的研究和技术已经在世界各地获得了势头。有几家公司和一些计划正在利用风能或太阳能通过电解来分解水。

利用PEC直接太阳能水分解是一种更优雅、一步的方法来利用太阳能生产氢气。但事实证明，要大规模做到这一点颇具挑战性。这些设备还不够便宜、高效、耐用，还不能走出实验室。

光催化剂在PEC器件中起着重要作用。加藤和他的同事们设计了一个串联的PEC装置，它使用两个电极，每个电极上都涂有不同的催化剂。一种是二氧化钛，一种常用在白色涂料和防晒霜中使用的材料，另一种是加藤的团队开发并报道过的立方碳化硅。

这两种催化剂吸收光谱的不同部分，并以互补的方式分解水。二氧化钛是一种N型光催化剂，它能吸收紫外线并产生电子，引发产生氧气的化学反应。研究人员制造的碳化硅材料是一种P型催化剂，可以吸收可见光产生氢气。

当将该装置置于水中时，这两种反应共同维持一段时间，将水分解成氢和氧。加藤说，与之前的技术相比，这一技术的寿命提高了5倍，可以实现100天的作业。

该系统的效率发表在《太阳能材料和太阳能电池》杂志上，相对较低，仅为0.74%。大多数太阳能氢技术的效率达到了1- 2%的范围，但一些研究团队已经实现了显著更高的效率。来自意大利和以色列的研究人员最近报告了一种方法，利用半导体纳米棒顶部的铂球，将近4%的太阳能转化为氢燃料。

鲁汶大学(KU Leuven)的一个比利时研究团队在2019年报告了一种太阳能电池板原型，它从空气中吸收水分，并将其分解为氢和氧，效率为15%。根据美国能源部，5- 10%的效率应该足够一个实用的太阳能氢系统。

加藤说，是二氧化钛电极限制了该系统的效率，该团队现在正在寻找其他的光催化剂来提高效率，仍然可以与碳化硅电极协同工作。然而，耐用性和效率的结合仍然使他们的设备与众不同，他说。

资料参考：

《Solar-to-Hydrogen Water Splitter Outlasts Next Best Tech By 14x》——Prachi Patel