UNIST与高丽大学开发高稳定性有机光电极…太阳能制氢技术商用化更近一步
抗酸碱纯有机光电极研发成功
全有机光电极解决腐蚀与剥离难题
利用太阳能生产环保氢气的技术变得更加稳定且经济。
研究团队用有机物制造氢气生产的核心部件——整个光电极，从而克服了传统有机光电极存在的腐蚀和剥离问题。
UNIST碳中和研究生院Kim Jinyoung教授团队与能源化学工程系Lee Jaesung教授团队、高丽大学化学系Woo Hanyoung教授团队合作，开发出了完全不使用金属氧化物的“全有机光氧化电极（all-organic photoanode）”。
太阳能制氢技术是利用浸没在水中的光电极在阳光照射下，于电极表面发生电化学反应，将水分解为氢气和氧气的原理。在这一过程中，为了高效制备氢气和氧气，会分别使用酸性和碱性溶液。然而，通常用于有机光电极的金属氧化物电子传输层在酸性或碱性水溶液中容易被腐蚀，或从有机物层上剥离，导致稳定性下降。
研究团队利用n型自组装单分子膜（SAM）和p型聚合物电解质层开发出全有机光电极，从而解决了这一问题。取代金属氧化物的有机n型单分子膜强化了基底与有机光活性层之间的附着力，并使电子传输效率最大化。
此外，覆盖在光电极表面的p型聚合物电解质层只选择性传输空穴，同时提高了表面的亲水性，改善了与水溶液的接触效率。
在加入抗坏血酸（L-ascorbic acid）的酸性环境中，所开发的有机光电极实现了7.92 mA/cm²的高光电流密度。光电流密度是与氢气生产速度直接相关的指标。此外，即使在没有额外保护膜或金属封装的情况下，该电极在2小时内仍能保持初始性能的90%以上，验证了其优异的稳定性。
Kim Jinyoung教授表示：“本研究从根本上解决了传统光电极存在的pH敏感性和剥离问题。特别是首次将n型自组装单分子膜应用于光氧化电极，证明了电极整体采用有机物构成的全有机结构的实用性。”他还表示：“这一成果不仅可用于环保氢气生产，也将广泛应用于多种有机基光电化学器件的开发。”
本研究由UNIST的Yeop Jiwoo博士、Lee Jinuk博士以及高丽大学硕博连读研究员Son Jaehun作为第一作者参与完成。
研究结果已于3月14日发表在国际学术期刊《ACS Energy Letters》上。
本研究在科学技术信息通信部和韩国研究财团（National Research Foundation of Korea）的资助下完成。
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