光电化学(PEC)水分解可以模拟植物，利用地球上最丰富的两种资源（阳光和水）来生产可持续的清洁燃料。人工光合作用中实现太阳能到化学能转换的一个关键是将半导体材料与电催化剂整体集成到光电电极中。故而开发高效且耐用的光电电极对于部署太阳能燃料至关重要。有鉴于此，劳伦斯伯克利国家实验室Francesca M. Toma、Tadashi Ogitsu和美国密歇根大学的Zetian Mi教授等成功优化出了法拉第效率接近100％的可用于制氢的Si/GaN光电阴极器件。

本文要点：

1）通过使用基于不同光谱和微观技术以及密度泛函理论计算的相关方法，对化学转化的机理有了更加深入的了解，而化学转化是催化效率的起源。

2）氮化镓颗粒的侧壁上通过氮位的部分氧取代形成了一层薄薄的氮氧化镓，并显示出更高的催化位密度，用于高效的析氢反应。

3）氮化镓化学转化为氮氧化镓可导致持续运行并增强催化活性，同时也表明氮氧化层可用作氢气逸出保护性催化涂层。

Zeng, G., Pham, T.A., Vanka, S. et al. Development of a photoelectrochemically self-improving Si/GaN photocathode for efficient and durable H2 production. Nat. Mater. (2021).

DOI: 10.1038/s41563-021-00965-w

https://doi.org/10.1038/s41563-021-00965-w