在全球能源转型与“双碳”目标驱动下，发展高效、低成本的绿氢制备技术已成为能源领域的研究热点。太阳能（光伏）驱动的电催化水分解制氢因其清洁、可再生的特点，被视为实现绿色氢能规模化应用的重要路径。然而，当前系统仍严重依赖贵金属催化剂（如铂），成本高昂，制约其大规模应用。

针对这一挑战，新疆师范大学物理与电子工程学院张泽霞副教授课题组与清华大学吕瑞涛教授、康飞宇教授团队近期取得重要进展，合作开发出一种高效、自支撑的WS₂/C复合电催化剂，在电解水制氢中表现出优异的析氢反应（HER）性能，并成功构建了光伏驱动的一体化制氢系统，为实现低成本、高效率的太阳能-氢能转化提供了新方案。研究成果“Highly efficient and free-standing WS2/C electrocatalyst for solar-cell-driven hydrogen evolution reaction”发表在期刊《Journal of Materials Chemistry A》上。

采用静电纺丝结合硫化热处理两步法（图1），成功制备出结构可控的自支撑WS₂/C复合膜催化电极。并利用等离子体调控形貌，通过O₂等离子体处理，显著提升了WS₂纳米片的分布均匀性和边缘活性位点密度。在酸性电解液中，催化剂展现出优异电催化性能，起始电位为-60 mV，塔菲尔斜率为95 mV/dec，性能优于同类型粉末催化剂。结合碳基太阳能电池模块，搭建了光伏-电解制氢一体化系统，实现了碳基非贵金属光伏电解水制氢系统，太阳能-氢能转换效率达4.4%。

图1：WS2/C复合HER催化剂的制备过程示意图及样品照片

研究团队通过静电纺丝-硫化热处理工艺，将WS₂纳米片垂直嵌入碳纤维骨架中，形成高度分散的复合结构（图2）。O₂等离子体处理进一步促进了WS₂纳米片在纤维表面的均匀成核，显著增强了边缘活性位点的暴露。电化学测试表明，优化后的催化剂在0.5 M H₂SO₄中表现出优异的HER催化活性（图3）及良好的稳定性。

图2：WS2/C复合HER催化剂的微观形态及表征

图3：WS2/C复合催化剂的析氢催化性能表征

研究团队进一步构建了光伏-电解一体化制氢系统（图4），采用碳基杂化太阳能电池作为电源，WS₂/C自支撑电极作为HER催化剂。在模拟太阳光照射下，系统的光电流密度为3 mA/cm²，整体太阳能-氢能转换效率达到4.4%，约为铂基电极效率的85%，展现出良好的应用潜力。

图4：碳基非贵金属电解水制氢系统照片

该工作通过结构调控与材料复合，成功实现了WS₂/C催化剂在HER中的高效、稳定运行，并初步验证了其在光伏驱动电解制氢系统中的应用可行性。这为开发低成本、高效、环保的非贵金属制氢系统提供了新思路，有望推动氢能技术的实际应用与产业化发展。

论文链接：https://doi.org/10.1039/D5TA07896B

人物简介：

张泽霞，新疆师范大学物理与电子工程学院物理系副教授，硕士生导师，在清华大学材料学院获得博士学位，中国物理学会会员。研究方向为碳基低维纳米材料的制备、表征、计算模拟及其在清洁能源领域的应用。近年来，主持、参与国家自然科学基金项目、省部级研究项目等十余项，发表论文二十余篇，其中SCI论文14篇。