a，示意圖顯示電極結構。b，掃描電鏡顯示的電極頂視圖，是在原子層沉積之后，這樣沉積的是5（4納米氧化鋅/0.17納米三氧化二鋁）×11納米的二氧化鈦，隨后是電極位置的鉑納米粒子。來源：洛桑巴黎邦理高等聯工學院 

這一發現有可能改進光電化學電池。以同樣的方式，植物利用光合作用把陽光轉化成能量，這些電池利用陽光來驅動化學反應，最終產生的氫氣是來自水。這一過程涉及到使用感光半導電材料如氧化亞銅（cuprous oxide），用以提供電流，因為需要這樣來促進反應。雖然不貴，但這種氧化物是不穩定的，如果在水中暴露于光線時就是這樣。這項研究的開發者是阿德里安娜•啪啦奇諾（Adriana Paracchino）和以利亞•西姆森（Elijah Thimsen），發表在2011年5月8日的雜志《自然•材料》上，研究表明，這一問題可以解決，只需覆蓋半導體，蓋上原子薄膜，這要使用原子層沉積（ALD：atomic layer deposition）技術。主管是邁克爾•格洛采兒（Michael Grätzel）教授，他們是在洛桑聯邦理工學院光子學與接口實驗室（Laboratory of Photonics and Interfaces）進行的，這兩位科學家取得了這樣顯著的成就，結合使用的技術都是屬于產業規模的，然后把它們應用到制氫問題。采用他們的工藝，氧化亞銅可以簡單而有效的受到保護，不會接觸水，這就有可能用它作為一種半導體。優勢很多：氧化亞銅可以大量獲取，很便宜；保護層完全不透水，盡管有粗糙的表面；這個工藝很容易升級到工業制備。

一項很有前途的技術

該研究小組開發這一技術時，做法是“培育”層狀氧化鋅和氧化鈦，每次都是一個原子厚，是在氧化亞銅表面進行。利用原子層沉積技術，他們能夠控制保護層厚度，精確到單個原子，在整個表面都是這樣。這種精度保證了穩定的半導體，同時保留了全部產氫效率。下一步研究將改進保護層的電學特性。

使用可廣泛獲得的材料和技術，可以輕松地擴大規模，這就帶來了“綠色”光電化學生產的氫，更接近產業興趣。

這種清潔高效的方式可以解決供應有限化的石燃料和溫室效應，生產氫燃料時采用陽光和水，這需要一種半導體和水相結合的光電化學電池，這樣能源收集和水的電解都結合到一個單一的半導體電極上。我們展示了一種高活性光電陰極，用于太陽能制氫，其中包含的電鍍氧化亞銅需要保護，以防止光電陰極分解，在水中，采用的納米層是鋁摻雜的氧化鋅和鈦氧化物，激活之后用于氫的演變需要電鍍鈀納米粒子。不同的表面保護元件的作用都進行了研究，最好的情況下，顯示的電極光電流達-7.6微安cm2，電勢是0伏，相對的是可逆氫電極，具有溫和的pH值。這些電極測試1小時后仍然活躍，氧化亞銅被發現是穩定的，在水還原反應中就是這樣，法拉第效率（Faradaic efficiency）估計是接近100％。

更多信息：《高度活性氧化物光電陰極用于光電化學水分解》（Highly active oxide photocathode for photoelectrochemical water reduction）