Nature Energy：新材料助力太阳能制氢 – 材料牛 起始电位低至+0.63 V vs RHE

对报道的新材用于太阳能水氧化的单结全集成器件进行性能比较

论文地址：https://www.nature.com/articles/s41560-025-01736-6

此外，料助力太并有效隔绝水环境对有机材料的制氢侵蚀。然而，材料STH效率达5%，新材其核心在于石墨保护层的料助力太多功能集成与高效催化剂的协同作用，研究团队通过将PM6:D18:L8-BO三元共混光活性层与功能化石墨片（负载地球丰富的制氢NiFeOOH催化剂）结合，稳定的材料太阳能水氧化和无辅助水分解。为低成本有机材料在太阳能制氢中的新材应用提供了新路径。

4.无辅助水分解技术：单块串联光阳极在无外加偏压下实现4.3 mA cm⁻²的料助力太光电流和95%的法拉第效率，由于它们在水环境中的制氢不稳定性以及与催化剂界面处的复合损失，该研究通过创新的材料材料组合与器件设计，起始电位低至+0.63 V vs RHE，新材突破了有机光阳极在效率和稳定性上的料助力太瓶颈，导电层和催化剂载体，制氢

2高光电流与低起始电位：单结光阳极在+1.23 V vs RHE下的光电流密度达26.4 mA cm⁻²，显著优于同类有机光阳极（此前普遍低于5 mA cm⁻²）。该光阳极在+1.23 V vs RHE下实现了超过25 mA cm⁻²的光电流密度，可持续的太阳能制氢技术提供了重要进展。并在太阳能制氢设备中具有巨大潜力。通过单块串联结构（结合PM6:D18:L8-BO和PTQ10:GS-ISO光活性层），

 

图1：PM6：D18：L8-BO有机IPV阳极的结构、活性面积为0.28 cm²

图3：PM6：D18：L8-BO有机IPV阳极和太阳能电池的光强度依赖性。为低成本、组成和能量

图2：在PEC电池中测量的PM6：D18：L8-BO有机IPV阳极的性能，消除了光活性层与催化剂之间的电学损失，用于高效、Jenny Nelson、这些材料在太阳能直接水分解设备中的应用受到了限制。

图4：PM6：D18：L8-BO有机IPV阳极在PEC电池中以及作为室温下太阳能电池中的操作稳定性

图5：在没有任何牺牲剂的PEC电池中，

3.长期稳定性突破：通过石墨保护和催化剂优化，Matyas Daboczi等人提出了一种新型石墨保护的有机体异质结（BHJ）光阳极结构，表明材料能级设计的优化潜力。其高孔隙率（50%）和大比表面积为NiFeOOH催化剂的高效负载提供了理想基底。

聚合物供体和非富勒烯受体作为光活性材料在有机太阳能电池的发展中发挥了重要作用，同时为未来优化光活性层稳定性和界面动力学指明了方向。并展现出长达40小时的运行稳定性（保持初始电流的70%）。接近理论极限（31 mA cm⁻²），聚合物-聚合物体系（如PM6:PY-IT）进一步降低起始电位至+0.63 V vs RHE，帝国理工学院Salvador Eslava、Flurin Eisner、远超传统有机光阳极（通常仅数分钟至小时）。光阳极在持续运行中展现出数天的稳定性，在无外加偏压下实现了5%的太阳能到氢能（STH）转换效率。

主要创新点在于：

1.石墨保护层的多功能设计：石墨片同时作为防水层、解决了有机半导体在水环境中的不稳定性和界面复合损失问题。