目前，氢气主要由天然气生产，不幸的是，天然气也会产生二氧化碳等温室气体副产品。科学家认为，以这种方式生产的氢气虽然经济，但并不真正可持续，因此需要采用更环保的方法来生产。基于太阳能的光电化学(PEC)水分解就是一种很有前景的方法。然而，由于缺乏有效的光阳极来催化限速析氧反应(OER)(PEC 水分解中的重要反应)，其广泛应用受到限制。

最近，有机金属卤化物钙钛矿(OHP)已成为这方面有前途的光电阳极材料。不幸的是，基于 OHP 的光电阳极遭受两种不期望的损失，限制了其效率。一是阳极本身内光生电荷载流子(发电所需)的重组导致的内部损失，这反过来又阻碍了水的分解。另一个是由于水分解的反应动力学缓慢而导致的外部损失，导致阳极和电解质界面处电荷载流子的损失。

在此背景下，由光州科学技术学院 Sanghan Lee 教授和韩国高级科学技术学院 Jangwon Seo 副教授领导的韩国和研究团队现已开发出一种高效的基于 OHP 的光电阳极采用合理的设计方法，克服了上述局限性。他们的研究于 2023 年 6 月 17 日发表在《先进能源材料》杂志上。

“通过同时抑制光生载流子的内部和外部损失，实现了光电化学水分解的光阳极的高效率，”李教授强调。

在他们的工作中，该团队通过三个步骤制造了一种新型的Fe掺杂Ni 3 S 2 /Ni箔/OHP光阳极。他们首先通过水热法在镍箔上合成了用于OER的Fe掺杂Ni 3 S 2催化剂，然后进行化学转化。然后，他们通过旋涂单独制造了由SnO 2电子传输层(ETL)组成的OHP光伏电池。最后，他们将这两个组件结合起来以获得光电阳极。

研究小组发现，向阳极添加缩水甘油基三甲基氯化铵 (GTMACl) 可以钝化 OHP/ETL 界面处的缺陷，有效抑制阳极内不需要的电荷载流子复合。此外，它还增强了 OHP 电池的光浸泡稳定性，这是现实世界中 PEC 水分解的关键因素。此外，Fe掺杂的Ni 3 S 2的高催化活性确保了阳极的高OER速率，减少了电解质内光生载流子的损失。

因此，Fe掺杂Ni 3 S 2 /Ni箔/OHP光阳极表现出前所未有的12.79%的外加偏压光子-电流转换效率，高于现有研究中基于OHP的光阳极报道的效率。

总的来说，这项研究为合理设计的基于 OHP 的光电极的前景提供了重要的见解，正如 Lee 教授强调的那样：“所提出的技术有望通过实现大规模和生态化，为氢经济和碳中和的活力做出贡献。” -未来10年，在没有外部电压的情况下利用太阳能生产氢气。反过来，这将有助于实现氢作为未来理想的可再生能源。”