韩国蔚山科学技术大学(UNIST)能源与化学工程系张智旭教授和徐宽勇教授领导的研究团队，联合材料科学与工程系赵承浩教授，成功研发出一种利用甘蔗残渣和硅光电极生产氢气的新技术。该技术仅依赖阳光驱动，无需外部电力输入，制氢效率达到美国能源部(DOE)商业化标准的四倍。

▲UNIST 教授张智旭(后排左)、教授徐冠勇(前排左)、研究员李明铉、博士陈元柱、博士张元植等研究团队

氢气作为下一代清洁燃料，燃烧过程零温室气体排放，单位重量储能密度为汽油的2.7倍。然而，当前全球氢气产量中超九成来自天然气重整工艺，该过程伴随大量二氧化碳排放。

UNIST研究团队开发的光电化学系统创新性地采用甘蔗残渣提取的糠醛作为原料。在铜电极催化下，糠醛氧化释放氢气的同时生成高附加值产物糠酸。该系统采用双电极结构，铜电极与硅光电极协同工作，使整体产氢效率较传统系统理论提升一倍。实际测试数据显示，该系统产氢速率达1.4 mmol/cm²·h，远超DOE设定的0.36 mmol/cm²·h商业化门槛。

技术突破的关键在于电压平衡机制。晶体硅光电极虽能高效产生电子，但电压较低，难以单独驱动制氢反应。研究团队通过设计糠醛反面氧化反应，在维持高光电流密度的同时降低系统电压负荷，最终实现无外部电源的自主制氢。光电流密度作为衡量电子产量的核心指标，直接决定了产氢效率。

为确保系统长期稳定性，研究团队采用背接触型(IBC)结构设计，有效减少光电极内部电压损失。同时，通过镍箔和玻璃层包裹保护光电极免受电解质侵蚀。实验证明，硅光电极浸水结构具有自冷却特性，较传统外联结构(电池与电解器独立设计)在能效和稳定性方面更具优势。

张智旭教授指出：“该技术将显著提升太阳能制氢的经济性，其产氢速度是DOE标准的四倍，具备与化石燃料制氢竞争的价格优势。”此项研究由韩国产业通商资源部和能源技术评估规划院联合资助，相关成果于3月19日发表于国际顶级期刊《自然通讯》。UNIST研究人员Koh Myo-hwa、Lee Myeong-hyeon、Kim Tae-hyeon、Jin Won-ju和Jang Won-sik为共同第一作者。