8.88%！全球光制氢最高效率 有机半导体光电极问世

"8.88%，全球最高效率"有机半导体光电极问世——太阳能制绿氢迎来新突破

— UNIST·高丽大学开发特殊高分子，实现铂催化剂均匀附着

— 催化剂致密度与附着力大幅改善，制氢效率与使用寿命双双提升

据韩国先驱经济报道，太阳能制氢领域传来好消息——一种性能达到世界顶尖水平的长寿命有机半导体光电极被成功开发出来。

蔚山科学技术院（UNIST）碳中和研究生院金镇英教授与高丽大学禹汉永教授团队近日宣布，他们找到了一种能让铂催化剂均匀、稳固地附着在有机光电极上的新材料，并以此为基础，造出了可与无机光电极正面掰手腕的高性能长寿命有机光电极。

所谓太阳能制氢，简单说就是把光电极泡在水里，用阳光照射来产生氢气。光照打到光电极的半导体光活性层上，会激发出电子，这些电子随后触发水中的化学反应，氢气就这样被"拆"出来了。

光电极表面还涂有铂催化剂，作用是拉低反应所需的能量门槛。

不过，有机光电极长期以来有个老毛病：铂催化剂要么涂不均匀，要么在制氢过程中没跑多久就脱落了。

这个问题让有机光电极的商业化之路走得相当艰难——尽管它生产成本低，又轻又薄还柔性十足，但这块硬伤始终难以绕过。

研究团队的解题思路是在光活性层上加涂一层自主研发的多功能特殊高分子（PNDI-NI）。

这种高分子的特别之处在于，它同时具备疏水性和亲水性，不像常规疏水高分子那样把水溶液"推开"。

铂催化剂的形成过程，本质上是溶液中的铂离子在电极表面"落地生根"变成固态铂，但疏水的光活性层偏偏不让水溶液靠近，铂自然就涂不均匀。新高分子的亲水部分，恰好填上了这个坑。

更关键的是，亲水部分里的碘离子能催促铂离子加速"变身"为固态铂，同时还能把铂牢牢抓住。

这样一来，铂颗粒在电极表面排列得更密实，附着也更结实，耐久性的老问题就此迎刃而解。

实验数据印证了这一设计的价值：在中性电解质条件下，新光电极的光电流密度达到17.69 mA cm⁻²，外加偏压光电转换效率（ABPE）为8.88%，是目前有机光电极中公开报道的最高水平，已经追平了普遍被认为更高效的无机光电极。

研究团队介绍，整个制备流程——从涂覆特殊高分子到形成铂催化剂——都可以在溶液中完成，天然适合大面积生产，而且这套方法并不局限于铂，理论上可以推广到其他催化剂体系和有机光电极材料。

"我们希望这项工作能成为太阳能直接制氢走向工业应用的一块垫脚石。"团队如是说。

本研究获韩国研究财团资助，相关论文已于1月6日在国际期刊《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）上正式发表。