人工光合作用受到自然界中光合作用的启发。要满足人造光合作用的要求以及太阳能分解水或二氧化碳还原，仍面临一系列挑战。在电极表面，启动光子吸收/电子转移步骤通常需要与催化剂集成，以在微秒级完成水氧化，从而避免反向电子转移。在不施加外部电位偏压的情况下实现水分解，是人工光合装置的关键。

有鉴于此，北卡罗来纳大学教堂山分校的Wei You、Thomas J. Meyer和中科院宁波工业技术研究院的Degao Wang等人，描述了一种串联光电化学电池的设计，该设计在光阳极中将染料敏化的光电化学电池（DSPEC）和有机太阳能电池（OSC）结合在一起以进行水氧化。

本文要点

1）当与Pt电极结合以产生H₂时，电极通过充分提高光阳极电压来驱动H⁺无偏压还原为H₂，从而成为2H₂O→O₂+2H₂分解水的组合电化学电池的一部分。将染料敏化光电子合成电池和有机太阳能电池在光阳极中进行水氧化相结合，表现出优异的性能。

2）组合电极在没有外部施加偏压的情况下提供了1.5％的水分解太阳能转化效率，从而模拟了自然光合作用中PSII的串联电池构型。串联电池水分解的STH％为1.5％，而自然光合作用的STH％为〜1％。

3）该电极在1个太阳光照射下在分子光电极中，可以提供1.24 mA/cm²的持续光电流密度的持续水分裂，持续1 h，且无施加偏压。

总之，该工作为分子基太阳能燃料电极的太阳能到氢的转化效率（STH％）提供了一个重大的改进。

参考文献：

Degao Wang et al. A molecular tandem cell for efficient solar water splitting. PNAS, 2020.

DOI: 10.1073/pnas.2001753117

https://doi.org/10.1073/pnas.2001753117