氢最近作为一种清洁有效的能源而受到关注。 但它真的环保吗？ 目前，最流行的氢类型是“灰氢”，它来自化石燃料。 考虑到其生产过程中产生的温室气体排放，灰氢并不真正环保。 不产生任何碳排放的“绿色氢”时代仍即将到来。

韩国标准与科学研究所 (KRISS) 在院长 Hyun-min Park 的领导下，展示了一种带有保护膜的耐用高效光电阳极的潜在解决方案，该解决方案有助于通过太阳能水分解生产氢气。 这有望开启环保的“绿氢”时代。

使用可再生能源生产绿色氢，不产生碳排放。 生产绿色氢的代表性方法是使用直接浸入电解质并可以吸收阳光的光电阳极进行光电化学水分解。 结果，光电阳极利用吸收的太阳能直接将接触的水分解成氢气和氧气。 然而，由于光电阳极与电解质直接接触，因此很容易发生表面腐蚀。 在表面沉积表面保护涂层以防止表面腐蚀。

通常，氧化物材料如二氧化钛（TiO2）被用作光电阳极的保护膜。 尽管氧化物材料是电的不良导体，但当形成作为电荷传输通道的氧缺陷时，可以调节它们的电导率。 延长光电阳极寿命的关键是开发一种足够耐用的保护膜，以防止电极腐蚀并能够保持最佳的导电性。

对于有效的 PEC 水分解，通过系统地控制 n-Si 光电阳极 TiOx 钝化层中的缺陷密度来平衡两个因素至关重要，即（1）禁带中载流子传输的可达状态密度和（2）有利的状态密度 界面能量学。 图片来源：韩国标准科学研究所 (KRISS)

KRISS开发了世界上第一项系统调节光阳极二氧化钛（TiO2）保护膜中氧缺陷水平的技术，以最大限度地提高氢气生产效率。 为了探索氧缺陷在电荷转移机制中的作用，研究团队利用X射线光电子能谱和电化学分析确定了最大化光电阳极寿命和产氢的最佳缺陷水平

与过去依赖于制造过程中保护膜中自发形成的氧缺陷的研究不同，本研究提出了一种直接生产方法，可以控制氧缺陷的水平，从而实现大规模生产。 根据实验结果，没有保护膜的光电阳极在一小时内寿命迅速下降，导致产氢效率与初始状态相比下降到20%以下。 另一方面，具有优化保护膜的光电阳极即使在100小时后仍保持超过85%的产氢效率。

这一成果有可能提高光电阳极的效率和寿命，并可应用于依赖光电阳极的其他清洁技术。 捕获二氧化碳并利用太阳能将其转化为化学能源的人工光合作用技术就是其中之一。

KRISS跨学科材料测量研究所首席研究员Ansoon Kim博士表示：“这种方法可以将光电阳极的寿命延长约10倍，并对绿氢的商业化做出重大贡献。”

KRISS 计划进行进一步的研究，以揭示氧缺陷的最佳水平以及最大限度地延长光电阳极寿命的基本原理。