问题——绿氢是能源转型的重要方向，但制氢若依赖化石能源将削弱减碳效果。利用太阳能直接分解水制氢，理论上可实现“从阳光到氢能”的清洁路径，但现实挑战于：光电极材料需要同时满足可见光吸收、载流子高效分离传输、表面催化活性与长期稳定性等多重要求，且系统要在不外加偏压条件下完成水的整体分解，难度更高。 原因——钒酸铋因可见光响应范围较宽、化学稳定性较好，被视作水氧化反应的潜力光阳极材料之一。然而，材料在实际制备过程中常伴随结构缺陷或杂相残留，导致光生电荷复合加剧、界面反应动力学受限，从而限制光电化学性能提升。大连化物所研究团队在前期研究中发现，采用金属热解法制备的钒酸铋光阳极中微量四方相杂质的残存，是制约其水氧化性能的关键结构因素之一。也就是说，性能瓶颈并非单纯来自“配方不足”，更来自“结构不纯”和“电荷不顺”。 影响——围绕上述瓶颈，科研团队将理论模拟筛选与实验验证相结合，提出并实现了钼离子掺杂策略，设计合成高性能钼掺杂钒酸铋光阳极，在提升光生电荷分离与传输效率的同时增强表面反应能力。在此基础上，团队更将光阳极与光伏器件耦合，构建光伏-光电耦合叠层系统，实现无偏压条件下的光驱动全分解水制氢，太阳能至氢能转化效率达到4.7%。这个指标反映了材料优化与器件集成的协同效果：一上，光阳极负责高效水氧化；另一方面，光伏单元提供所需光生电压补偿，使整体反应在外加电源“零输入”的条件下持续推进。 对策——从研究路径看，该成果发出两个值得关注的信号：其一，面向太阳能制氢的材料攻关，应更重视“相结构控制、缺陷管理与界面工程”等可量化、可追溯的结构因素，以减少性能波动并增强可重复性；其二，单一材料性能提升固然重要，但在走向系统效率时，必须把“材料—器件—系统”作为一个整体来优化，通过光伏与光电化学单元的耦合，形成更具工程适配性的解决方案。团队长期聚焦单斜相钒酸铋的基础研究，也为此次突破提供了方法储备：此前围绕特定晶面间的电荷分离特性，团队发展了助催化剂选择性沉积等策略，并构建以钒酸铋为放氧催化核心的体系，不断提升可见光驱动下的反应效率，为本次器件化验证奠定了认知与技术基础。 前景——从产业化视角观察，太阳能制氢要走向规模应用，仍需跨越效率、稳定性、成本与放大制造等关口。4.7%的太阳能到氢能效率意味着该路线在“无偏压全分解水”方向取得了重要进展，但后续仍需在更长时间运行稳定性、器件封装与耐腐蚀、规模化制备一致性、与氢气收集纯化及安全体系衔接等持续验证。随着我国加快构建新型能源体系、推进绿色低碳技术创新，此类面向关键材料与系统集成的研究，有望与光伏、储能、氢能利用等环节形成联动，推动绿氢从示范走向更广范围应用。
这项突破不仅为清洁能源发展提供了新技术方案，更展示了基础研究对技术创新的支撑作用。在全球能源转型背景下，中国科研团队通过原创性研究持续推动绿色技术从实验室走向产业化，为实现"双碳"目标贡献了重要力量。