能源短缺与环境污染是21世纪人类在可持续发展道路上的两大挑战。随着化石燃料消耗的日益增加，燃烧伴随着大量二氧化碳的排出，全球变暖和气候变化日益加剧。因此，寻找清洁和可再生能源对社会的可持续发展具有重要意义，氢能源正是这样一种新的洁净能源。

光电化学(PEC)电池分解水制氢技术是一种清洁有力的可再生氢能源的生产技术，通过收集来自太阳光并使用水作为原料，为可持续氢燃料研究提供一条非常有前景的途径。当金属氧化物制备光电阳极用于PEC电池时，材料的电导率低和载流子扩散长度短，宽带隙金属氧化物材料(如TiO2和ZnO)对可见光吸收范围小，窄带隙金属氧化物材料则(如Fe3O4和BiVO4)无法达到相应的析氢电位，这一系列缺陷严重制约了金属氧化物在PEC水分解方面的应用。为了解决这些问题，近年来，科研工作者们通过元素掺杂进行化学表面改性、氮化、共催化剂沉积、超薄覆盖层保护、锚定有机染料、等离子体或量子点负载，以及制备光电极纳米结构材料等策略来解决材料的局限性，均取得良好效果。

近期，该领域著名专家丘勇才教授、潘争辉博士、陈海宁副教授、郭林教授、范智勇教授、杨世和教授等共同撰写了综述文章“Current progress in developing metal oxide nanoarrays-based photoanodes for photoelectrochemical water splitting”，总结了近年来金属氧化物阵列光阳极在光电化学电池水分解方面的发展和应用。

文章首先从PEC电池的工作机理入手，简单地介绍了PEC电池的起源、结构、组成、工作条件等，为了让读者更加清晰了解PEC性能评价标准，文章详细地列举出了涉及PEC相关的各种计算步骤，为后文各种材料的PEC性能对比提供了理论基础。紧接着文章总结了众多金属氧化物阵列的制备方法及其生长机理，并对其中几种常见金属氧化物阵列(TiO2、ZnO、WO3、α-Fe2O3、BiVO4等)进行了重点描述。特别是，对于制备核/壳金属氧化物阵列结构，作者指出，引入不同的构型(图1)可以减少电子-空穴对的复合，提高电子传输速率，进而提高它们的光电催化性能。文章最后分类综述了包括TiO2、ZnO、WO3、Fe2O3、BiVO4等多种金属氧化物光阳极的各种形貌阵列在PEC电池方面的应用，包括纳米片阵列、纳米棒阵列、纳米管阵列、纳米线阵列等。研究表明，各种形貌设计和改性在一定程度上可以提升金属氧化物的光电催化性能。

作者认为，为了进一步提升金属氧化物光阳极的光电催化性能和稳定性，寻找低过电位、高抗光腐蚀性能的共催化剂，发展各式能减少电子-空穴对的复合和提高电子传输速率的异质结构型，集成光伏器件和PEC电池等将是未来开发高性能、稳定光阳极有效途径。

文章信息：Yongcai Qiu, Zhenghui Pan, Haining Chen, Daiqi Ye, Lin Guo, Zhiyong Fan, Shihe Yang. Current progress in developing metal oxide nanoarrays-based photoanodes for photoelectrochemical water splitting. Science Bulletin, 2019, 64(18)1348-1380，doi: 10.1016/j.scib.2019.07.017

文章下载链接https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927319304141