南开大学联合国际团队绿色制氢突破

南开大学电子信息与光学工程学院教授罗景山领导的课题组与英国剑桥大学和瑞士洛桑联邦理工学院的团队合作，在光电催化水分解制氢领域取得了显著的研究进展。该研究成果已在国际顶级学术期刊《自然》(Nature)杂志上发表。

研究团队利用溶液电化学外延生长技术成功制备了三种不同晶体取向的单晶氧化亚铜（Cu2O）薄膜，分别为[111]、[110]和[100]取向。通过飞秒瞬态反射光谱的量化分析，团队深入研究了Cu2O的各向异性光电特性。研究发现，沿[111]晶向的单晶Cu2O展现出更优的载流子迁移率、电导率和载流子扩散长度，从而具有更大的光电流密度。

基于这些发现，团队进一步开发了以[111]为主要晶体取向的多晶Cu2O光电极。这种光电极在0.5V (vs.RHE)时的光电流密度显著提升至7mAcm−2，相较于之前电沉积光电极提高了70%。此外，[111]晶向和(111)晶面截止暴露面的Cu2O光阴极显示出更加优异的稳定性。

这项研究的重要性在于，氢能作为一种清洁、高效的能源，在实现碳达峰和碳中和目标中扮演着关键角色。光电催化水分解技术能够将太阳能直接转化为氢能，是可再生能源技术中极具潜力的一种。Cu2O作为一种p型半导体，因其原材料丰富、制备简便、带隙较窄和能级位置合适等优点，被认为是一种高效且成本低廉的光电催化制氢电极材料。

罗景山教授团队的研究成果不仅提升了Cu2O光电极的光电催化性能，而且为降低绿氢制备成本、推动氢能产业发展提供了重要的科学依据和技术支撑。此外，该团队的发现还有望在光伏、晶体管、探测器以及太阳燃料等领域发挥更大的作用。