隨著全球變暖帶來的一系列問題，開發(fā)綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的清潔能源迫在眉睫。氫能具有熱值高、零排放、利用形式多樣等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的清潔能源。在各種制氫技術(shù)中，利用太陽光分解水制氫技術(shù)可實(shí)現(xiàn)氫能全產(chǎn)業(yè)鏈綠色無碳，是極具潛力的助力“碳中和”的氫能發(fā)展路線。太陽光催化分解水制氫的主要途徑有三種：光催化、光電催化以及光伏-電催化。光電催化（PEC）分解水制氫技術(shù)可以通過施加外壓以幫助從光電極中提取更多的光生載流子來完成水分解反應(yīng)。在PEC水分解中，氫氣和氧氣的析出可以在兩個(gè)光電極上實(shí)現(xiàn)空間分離，降低了安全上的不確定性，以及后續(xù)氣體分離的成本。因而PEC分解水制氫技術(shù)引起了科研人員的廣泛關(guān)注。開發(fā)高效、穩(wěn)定的光電極材料，尤其是析氧反應(yīng)（OER）的光陽極材料是高效PEC分解水器件的關(guān)鍵。
TiO2作為一種典型的n型半導(dǎo)體，具有合適的導(dǎo)帶和價(jià)帶位置以及優(yōu)異的熱力學(xué)穩(wěn)定性，還具有易于制備、光穩(wěn)定性好、對(duì)人類和環(huán)境無害等特點(diǎn)。因此，TiO2一直被認(rèn)為是半導(dǎo)體中理想的光陽極材料。然而TiO2作為一種寬帶半導(dǎo)體，直接利用太陽光中的紫外部分，且光生載流子極易復(fù)合、表面水氧化動(dòng)力學(xué)緩慢，這些嚴(yán)重制約了其太陽能到氫能轉(zhuǎn)換效率。
近日，上海大學(xué)張曉艷副研究員及其合作者詳細(xì)綜述了基于TiO2光陽極的光電催化分解水制氫技術(shù)在近年來的最新研究進(jìn)展和挑戰(zhàn)。該工作首先介紹了TiO2光陽極的光電催化分解水制氫原理，接著詳細(xì)介紹了TiO2的晶體結(jié)構(gòu)，以及和光電性能有關(guān)的電子結(jié)構(gòu)，隨后介紹了各種納米結(jié)構(gòu)的TiO2薄膜的制備方法和改性策略。最后展望了PEC分解水制氫技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)和未來發(fā)展方向。
論文信息 Recent Advances in TiO2-based Photoanodes for Photoelectrochemical Water Splitting Dr. Xiaoyan Zhang, Shengqi Zhang, Prof. Xiaoli Cui, Dr. Wei Zhou, Dr. Weimin Cao, Prof. Danhong Cheng, Yi Sun Chemistry – An Asian Journal DOI: 10.1002/asia.202200668
