氢具有充足高的能量密度和零碳排放，是一种可以替换化石燃料的干净动力载体。在几种大概的办法中，电解水被以为是最有盼望在高温下消费高纯度H2的途径之一。海水作为地球上丰厚的氢资源，使用可再生动力电解海水可以完成可继续的绿色氢经济。酸性海水是由酸性电解质和海水混淆而成的，由于阴极左近的质子浓度很高，因而关于析氢反响(HER)来说是一种很有吸引力的水溶液。但是，在酸性海水中，氯氧化反响(COR)和析氧反响(OER)的竞争在阳极是不行制止的。与OER相比，COR在动力学上是有利的。当pH增大至7.55时，OER与COR的尺度电极电位差值可渐渐增大至0.48 V。
因而，COR在碱性条件下可被克制。密歇根大学米泽田和耶鲁大学Victor S. Batist(配合通讯)等人使用锚定在GaN纳米线上的Pt纳米团簇修饰光电阴极，明显进步了海水析氢反响的活性和波动性。Si，Pt/Si，GaN/Si和Pt/GaN/Si的线性扫描伏安曲线在0.5 M NaCl(pH=9.1)中以及在1太阳(100 mW cm-2)照明下失掉。Si、Pt/Si、GaN/Si和Pt/GaN/Si在-10 mA cm-2时的电位辨别为-1.42、-1.41、-0.83和0.16 VRHE。GaN NWs和Pt NCs均能进步光电凯发HER的活性。GaN NWs与Pt NCs之间的协同作用是Pt/GaN/Si取得高催化活性的要害。GaN/Si和Pt/GaN/Si的饱和电流密度(~35 mA cm-2)比没有GaN NWs的饱和电流密度(~30 mA cm-2)大，由于GaN NWs提供了更大的外表积，并增加了菲涅耳反射丧失。由于没有光生载流子，Pt/GaN/Si在暗中中电流密度可疏忽不计。别的，还在差别的溶液中研讨了Pt/GaN/Si的催化功能，以探究pH值和溶液中离子的影响。Pt/GaN/Si在0.5 M H2SO4溶液(pH=0)和1 M磷酸盐缓冲液(pH=7.4)中体现出较高的光电凯发HER活性(10 mA cm-2时的电位大于0.3 VRHE)，即便在消融的NaCl中也体现出较高的光电凯发HER活性。在0.5 M NaCl(pH=9.1)和海水(pH=8.2)中，只管由于电极外表左近缺乏H+离子，光电凯发HER功能略差于酸性和中性溶液，但在施加电位大于时0 VRHE仍能能产生HER。因而，在0.5 M NaCl+1 M PBS、0.5 M NaCl和海水中辨别可以取得7.9%、1.6%和1.7%的高使用偏置光子电流服从。别的，Pt/GaN/Si在差别NaCl浓度溶液中的极化曲线相反，证明了海水析氢的可行性。在双电极布局中，光电阴极事情凌驾120小时，并在聚光下发生了创记录的~-169 mA cm-2的光电流密度，测得的服从和波动性是有史以来报道的海水中光电凯发HER的最高值之一。紧张的是，还发明Pt/GaN/Si可以在光和暗条件下事情。本文经过实际盘算，探究了Pt/GaN在HER中的作用。本文起首剖析了水在Pt(111)外表的解离。H-OH键的断裂在Pt(111)上是高度吸热的，能质变化为0.72 eV。当水分子靠近GaN外表时，它自觉地解离为H+和OH-，OH-与Ga联合，H+与N联合。同时，还发明Pt/GaN界面的Pt-Ga位点对水解离十分有利，能质变化为-0.67 eV。与在Pt(111)上的水解离相比，在Pt-Ga位点上的水解离得益于不合错误称的原子情况，有利于H-OH键的异质性断裂构成Pt-H和Ga-OH，*H自觉地到临近的Pt原子，ΔE为-0.15 eV。因而，Pt/GaN界面的水剖析所惹起的总能质变化为-0.81 eV。在中性pH或弱碱性溶液中，海水在Pt/GaN/Si上的高活性很大概是由于Pt-Ga位点的无效水剖析所致。风趣的是，Pt(111)和Pt-Ga位点之间的水解离能差为1.53 eV，相似于Pt/Si和Pt/GaN/Si电极之间的过电位差(1.58 V)，标明Pt-Ga位点在Pt/GaN界面临于完成高效的水剖析的紧张性。这项事情为设计高效、波动、节能的海水电解制氢催化剂提供了有代价的引导。Pt nanoclusters on GaN nanowires for solar-asssisted seawater hydrogen evolution, Nature Communications, 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-35782-z.https://www.nature.com/articles/s41467-023-35782-z.
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