中国是世界上最大的能源消耗国和最大的温室气体排放国，国家提出了“中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取在2060年前实现碳中和”的战略目标。在此“双碳”战略深入推进的背景下，绿氢，即利用可再生能源制取的零碳氢气，已被广泛认为是在实现化石能源减碳转型过程中的重要路径之一。当前主流的制氢方式是通过光伏（PV）发电驱动电解水制氢，该技术路线在实验室条件下已实现最高可达30%的太阳能-氢能（STH）转换效率[Jia, Nat. Commun., 2016, 7(1), 13237]。然而，由于系统构成复杂、电-氢转换环节较多，该方法的氢气平准化成本（LCOH）仍高达约10美元/千克[Shaner, Energy & Environ. Sci., 2016, 9(7), 2354-71]，远高于当前以天然气蒸汽重整（SMR）技术制氢的成本水平[剡雪丽, Clean Coal Tech., 2024, 30(12)]。

本课题组聚焦于光电化学（photoelectrochemistry, PEC）分解水制氢-用氢技术。PEC反应装置将光吸收与催化反应功能高度集成于单一器件中，理论上可通过简化系统构造、高效利用太阳辐射热能等方式降低LCOH，具有较大技术潜力[van de Krol, MRS Energy & Sustain., 2017, 4, E13]。课题组致力于高效光电化学反应系统的设计优化与实际应用，研究方向包括三方面：

• 机理研究。聚焦高性能低成本光电极材料的制备与退化机制，系统解析气泡对材料性能的影响；
• 原型验证。通过多物理场模拟指导装置设计，结合原位表征方法研究工况与气泡行为对性能与寿命的影响；
• 户外应用。探索实验室原型的规模放大策略，搭建户外测试系统，识别实际应用中的关键问题，反哺基础研究与装置开发。