近日，天津大學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重要研究成果，該研究開發了一種高效、穩定的半透明光電陽極器件，能顯著提升水氧化反應速率，提高太陽能水分解制氫效率。相關論文發表在《自然—通訊》上。

隨著能源危機和環境污染問題日益嚴峻，太陽能作為清潔、可持續的能源來源，逐漸成為解決這一挑戰的關鍵。但是太陽能存在間歇性的缺點。無偏壓太陽能水分解技術可以利用太陽能直接驅動水分子分解成氫氣和氧氣，這種方法能高效地將間歇性的太陽能轉化為可存儲的氫氣，因而被視為應對能源危機與環境污染的潛在解決路徑之一。

然而，由于光電陽極水氧化反應速率較慢，限制了整體水分解的效率，成為無偏壓太陽能水分解技術發展的瓶頸之一。面對此難題，天津大學化工學院新能源化工團隊研究開發了一種高效、穩定的半透明光電陽極器件——半透明硫化銦光陽極。該器件獨特的透明特性，在顯著提升水氧化反應速率的同時，還能允許部分陽光穿透到達光電陰極，減少太陽光的無效能量損耗，從而有效解決了金屬層的不透光效應與光生電子跨界面傳輸障礙之間的矛盾。

實驗表明，得益于優異的半透明特性，該器件在完全依靠陽光驅動的獨立系統中，實現了5.10%的太陽能-氫能轉換效率，創下該類系統最高紀錄。此前，采用硅基光電陰極與全無機光電陽極的無偏壓光電化學水分解系統，其太陽能-氫能轉換效率尚未突破5%大關。這一突破證明，純無機半透明光電陽極的串聯光電化學器件，在太陽能制氫領域具有巨大應用潛力。

據悉，該成果不僅為半透明光電陽極的設計提供了創新性解決方案，還為未來多組分串聯光電極的開發開辟了新的研究思路。隨著這一技術的不斷發展和優化，更高效、更便宜、更耐用的“人工樹葉”有望出現。它們可能覆蓋在建筑物的外墻或屋頂上，甚至在沙漠中建立大型“陽光制氫站”。太陽能水分解技術有望在未來成為氫能生產的重要途徑，進一步推動清潔能源的廣泛應用。這意味著我們未來開動的汽車、使用的能源將可能源自陽光和水的“人工光合作用”，真正實現綠色循環。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60444-7