稳定性是制约可操作、高效的集成太阳能驱动的水分解电池发展的最大材料挑战。虽然早在20多年前就有报道太阳能到氢能的转换效率η_STH≥10%，同时电池效率已经逐渐提高到≥15%，但是这样的效率极难在实验室中保持超过几天。

近日，加州理工学院Nathan S. Lewis报道了在1.0 M H₂SO₄（aq）和1.0 M KOH（aq）中，对用于析氢反应（HER）的p-InP光电阴极的稳定性进行了研究，重点是确定腐蚀机理。用p-InP电极刻蚀或涂覆了电沉积铂催化剂（p-InP/Pt），评估了太阳能驱动HER的稳定性。此外，在测试过程中，对微量O₂等变量进行了系统控制。同时，用X射线光电子能谱(XPS)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)监测了电极在电化学条件下的表面特性变化和电极溶解过程。

文章要点

1）研究发现，在H₂SO₄或KOH中，刻蚀的p-InP光电极在光照下发生阴极腐蚀，在电极表面形成金属In⁰。相反，在H₂SO₄和KOH中，p-InP/Pt中电沉积的Pt通过抑制阴极腐蚀途径，从而动态地稳定了p-InP光电阴极。

2）值得注意的是，当p-InP/Pt在1.0 M H₂SO₄中保持在0 V（vs.RHE）时，在模拟1太阳光照下保持了-18 mA cm^-2的稳定电流密度（J）超过285 h。同时，P-InP/Pt光电阴极在pH=0和pH=14下的长期电流密度-电位（J-E）行为与p-InP的表面化学变化以及p-InP的溶解有关。

3）在酸性电解液中，p-InP/Pt光电阴极的J-E行为随时间变化不大，但p-InP/Pt电极表面通过缓慢而连续的In离子浸出逐渐变得富P。在碱性电解液中，p-InP/Pt电极表面形成的InO_x层可以忽略不计的溶解，但会导致J-E的显著下降，从而使p-InP/Pt电极表面钝化。因此，催化动力学和表面化学计量比的变化是决定InP光电极腐蚀化学和长期工作稳定性的重要因素。

参考文献

Weilai Yu, et al, Investigations of the Stability of Etched or Platinized p-InP(100) Photocathodes for Solar-driven Hydrogen Evolution in Acidic or Alkaline Aqueous Electrolytes, Energy Environ. Sci., 2021

DOI: 10.1039/D1EE02809J

https://doi.org/10.1039/D1EE02809J