Использование гематита для фотоэлектрохимического расщепления воды: обзор текущего прогресса и нерешённых проблем

Фотоэлектрохимическое (PEC) расщепление воды представляет собой перспективную технологию получения водорода с использованием солнечной энергии, необходимую для создания устойчивой, возобновляемой и экологически чистой энергетики. Фотоаноды на основе гематита (α-FeO) перспективны для таких применений благодаря высокой химической стабильности, широкому распространению и низкой стоимости этого материала. Несмотря на эти свойства, прогресс в создании практических устройств для расщепления воды остаётся ограниченным. Цель этого обзора — осветить последние достижения и сохраняющиеся ограничения, препятствующие полноценному использованию гематитовых электродов в системах фотоэлектрохимического расщепления воды. Рассмотрен прогресс в оптимизации гематита для фотоэлектрохимического расщепления воды с помощью различных подходов, направленных, в частности, на усиление поглощения света, ускорение кинетики окисления воды и повышение эффективности сбора носителей заряда. Поскольку морфология влияет на различные свойства материала, также рассмотрен прогресс в морфологической характеристике — от толстых планарных плёнок до недавно разработанных ультратонких нанофотонных структур. Особое внимание уделено различным ультратонким плёнкам и нанофотонным структурам, которым в предыдущих обзорных статьях уделялось недостаточно внимания.23