人工叶片！黄维院士团队，新发Nature子刊！

研究概述

开发可扩展的光电化学水裂解技术，实现高太阳能到氢气的转换效率和长期稳定性至关重要，但同时也极具挑战性。

2025年3月21日，西北工业大学王松灿、黄维，暨南大学朱明山在国际顶级期刊Nature Communications上发表了题为《A standalone bismuth vanadate-silicon artificial leaf achieving 8.4% efficiency for hydrogen production》的研究论文。

在本文中，作者设计了一种具有梯度分布氧空位的BiVO₄光阳极，这种结构能够诱导产生强偶极场以促进电荷分离。在该光阳极上生长类似海胆形状的FeOOH助催化剂，使其在1.23 V相对于可逆氢电极的条件下实现了7.0 mA cm^-2的光电流密度，并在AM 1.5 G光照下稳定运行超过520 h。

通过将硅光伏电池集成，该人工叶实现了8.4%的太阳能到氢气的转化效率。

这些人工叶的规模扩大到441 cm²时，其在自然光线下可以实现2.7%的转化率。

生命周期评估分析表明，太阳能水分解对氢气生产的环境影响很小。

该研究展示了设计基于金属氧化物的人工叶片用于可扩展的太阳能制氢的可能性。

图文解读

图1：形貌表征

图2：光电化学性质

图3：材料特性表征与光电化学性能

文献信息

Liu, B., Wang, X., Zhang, Y. et al. A standalone bismuth vanadate-silicon artificial leaf achieving 8.4% efficiency for hydrogen production. Nat. Commun., (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-58102-z.

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