作者:亥姆霍兹-曾特鲁姆柏林材料与能源公司 Rust将是一种非常便宜和稳定的光电极材料，可以用光产生绿色氢
但是效率有限
透射电镜图像显示光阳极含有一层薄薄的光活性锈层
信用:技术 在未来的能源系统中，氢气作为一种能源载体和原材料将被大量使用
然而，为了实现这一点，氢必须以气候中性的方式产生，例如通过所谓的光电分解，利用太阳光将水分解成氢和氧
作为光电极，需要半导体材料将阳光转化为电能，并在水中保持稳定
金属氧化物是稳定而廉价的光电极的最佳候选材料之一
这些金属氧化物中的一些还具有催化活性表面，其加速阴极处氢或阳极处氧的形成
为什么铁锈没有好很多？ 长期以来，研究一直集中在赤铁矿(α-Fe2O3)上，赤铁矿被广泛称为铁锈
赤铁矿在水中很稳定，非常便宜，非常适合作为光阳极，对氧的释放具有催化活性
虽然对赤铁矿光阳极的研究已经进行了大约50年，但光电流转换效率还不到理论最大值的50%
相比之下，半导体材料硅的光电流效率约为理论最大值的90%，硅现在几乎占据了光伏市场的90%
科学家对此困惑了很长时间
到底忽略了什么？效率只有适度提高的原因是什么？ 以色列-德国队解谜 然而，在最近发表在《自然材料》杂志上的一项研究中，博士领导的一个小组
丹尼尔·格雷夫(本古立昂大学)，博士
丹尼斯·弗里德里希(HZB)和教授
博士；医生
阿夫纳·罗斯柴尔德(Technion)解释了赤铁矿为何远远低于计算出的最大值
Technion的团队研究了赤铁矿薄膜中吸收光的波长如何影响光电化学特性，而HZB团队则通过时间分辨微波测量确定了铁锈薄膜中与波长相关的电荷载流子特性
提取基本物理属性 通过结合他们的研究结果，研究人员成功地提取出了这种材料的一个基本物理性质:光生产额光谱，这个性质在考虑无机光吸收剂时通常被忽略
“粗略地说，这意味着只有一部分被赤铁矿吸收的光能产生可移动的电荷载流子，其余的产生相当局部的激发态，因此丢失了，”格雷夫解释道
铁锈不会变得更好 罗斯柴尔德解释说:“这种新方法为赤铁矿中的光-物质相互作用提供了实验依据，并允许区分光吸收光谱中的生产性吸收和非生产性吸收。”
“我们可以证明赤铁矿光阳极转化效率的有效上限明显低于基于上述带隙吸收的预期，”格雷夫说
根据新的计算，今天的“冠军”赤铁矿光阳极已经非常接近理论上可能的最大值
所以没有比这更好的了
评估新型光电极材料 该方法还成功地应用于二氧化钛(一种模型材料)和四氧化二铋(目前性能最好的金属氧化物光阳极材料)
“通过这一新方法，我们为自己的武器库增加了一个强大的工具，使我们能够识别光电极材料的可实现潜力
将此应用于新材料将有望加速太阳能分水理想光电极的发现和发展
弗里德里希说:“这还能让我们‘快速失效’，这在开发新的吸收材料时同样重要。”
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