作者:亥姆霍兹-曾特鲁姆柏林材料与能源公司 涂有20纳米氧化镍(粉红色)的α-氧化锡薄膜(绿色)的透射电镜图像
在α-氧化锡和氧化镍的界面上可以观察到一个附加的界面层
信用:HZB 由金属氧化物制成的光阳极被认为是利用太阳光生产氢气的可行解决方案
α-SnWO4具有最佳的光电化学性质，但容易腐蚀
氧化镍保护层可防止腐蚀，但会降低光电压并限制效率
现在，HZB的一个小组已经在贝斯西二期研究了光阳极和保护层之间的界面发生了什么
结合理论方法，测量数据揭示了损害光阳极效率的氧化层的存在
氢是可持续能源系统中的一个重要因素
这种气体以化学形式储存能量，并可用于多种用途:作为燃料、其他燃料和化学品的原料，甚至在燃料电池中发电
以气候中性的方式生产氢气的一种解决方案是在阳光的帮助下对水进行电化学分解
这需要光电极在暴露于光下时提供光电压和光电流，同时在水中不会腐蚀
金属氧化物化合物具有很好的先决条件
例如，使用钒酸铋(BiVO4)光电极的太阳能分水装置今天已经实现了约8%的太阳能转化为氢气的效率，这接近该材料9%的理论最大值
α-氧化锡的理论极限为20% 为了实现超过9%的效率，需要具有更小带隙的新材料
金属氧化物α-氧化锡具有1
9 eV，非常适合光电化学分水
理论上，由这种材料制成的光阳极可以将大约20%的照射阳光转化为化学能(以氢的形式储存)
不幸的是，该化合物在水环境中降解非常快
防腐是有代价的 氧化镍薄层可以保护α-氧化锡光阳极免受腐蚀，但也能显著降低光电压
为了理解为什么会出现这种情况
HZB太阳能燃料研究所的法特瓦·阿卜迪在BESSY II上详细分析了α-SnWO4/NiOx界面
BESSY II探索的接口 “我们在BESSY II用硬X射线光电子能谱学研究了不同厚度的氧化镍样品，并用计算和模拟结果解释了测量数据，”该研究的第一作者帕特里克·施内尔说
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HZB高分国际研究学校的学生
“这些结果表明，在界面上形成了一层薄的氧化层，这降低了光电压，”阿卜迪解释说
展望:更好的保护层 总的来说，这项研究为基于金属氧化物的光电极中界面的复杂性质提供了新的基本见解
“这些见解对开发低成本、可扩展的金属氧化物光电极非常有帮助，”阿卜迪说
α-SnWO4在这方面特别有前途
“我们目前正在研究一种在α-氧化锡上沉积氧化镍的替代方法，这种方法不会导致界面氧化层的形成，这种氧化层很可能是二氧化锡
如果这是成功的，我们期望α-SnWO4的光电化学性能将显著提高
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