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利用太阳光驱动，直接分解地球上储量丰富的海水得到H2和O2，被认为是生产绿色可再生能源的最有前景的途径之一。由于海水中大量Cl−所带来的腐蚀性问题，在光电化学海水分解领域，光阳极稳定性差的问题一直以来都没有得到解决。

近日，南京大学现代工学院李朝升、邹志刚团队探索了光电化学分解海水过程中OH−和Cl−等离子参与β-Fe2O3表面重构的过程，并且利用晶格中的Sn增强金属-氧相互作用的原理，抑制了过度的表面重构，在模拟海水电解液中稳定工作3000小时，获得了目前报道的稳定性最好的海水分解光阳极材料。相关的工作以“Long-term durability of metastable β-Fe2O3 photoanodes in highly corrosive seawater”为题发表在Nature Communications上。

图1 Sn/β-Fe₂O₃光阳极长时间海水分解稳定性

在这项工作中，β-Fe₂O₃光阳极被用作海水分解腐蚀机理的研究对象。在长时间的海水分解过程中，光阳极表面的氧化物晶格被检测到在电解液的作用下发生水合化重构，β-Fe₂O₃转变为FeOOH。与此同时，海水中Cl−会参与重构，吸附并与金属原子成键，逐步渗透到晶格中。过度的表面重构和Cl−的入侵是光阳极稳定性被破坏的主要原因。

图2 光阳极表面重构和Cl−腐蚀检测

论文中提出了晶格中的Sn增强金属-氧相互作用的原理，Sn的存在显著增强了M-O键的强度，防止反应中间体局部高浓度的质子对晶格的攻击，提高了晶体结构的稳定性。制备的Sn/β-Fe₂O₃光阳极在长时间反应后仅在浅层表面检测到重构的发生和Cl−的吸附。在模拟海水电解液中工作3000小时后，光电流仍然保持在初始值的96.8%，是目前世界上稳定性最高的光阳极材料。此外，该工作对材料在海水中腐蚀机理的探究，以及在防腐蚀领域的探索也具有重要意义。

图3 Sn增强金属-氧相互作用抑制表面重构与腐蚀机理