实现稳定性是光电化学 (PEC) 水分解实际应用中的重大挑战。影响 PEC 设备长期稳定性的主要因素是半导体光吸收剂的化学腐蚀和光腐蚀，以及表面保护层的损坏和助催化剂活性中心的损失或重建。

探索稳定光电化学水分解的自修复机制

自修复概念的引入为PEC水分解研究中增强半导体光吸收剂、保护层和助催化剂的稳定性提供了新的策略，持续探索这些动态修复策略有望促进PEC器件的长期稳定性。

近日，电子科技大学李彦波教授团队综述了不同半导体光吸收剂、保护层和助催化剂在运行条件下的失活机理以及相应的再生修复策略，相关研究成果发表在《催化学报》上。

不同的半导体光吸收剂、保护层和助催化剂在工作条件下的降解机理如下：窄带隙半导体，例如Si基(n-Si或p-Si)或III-V族半导体(GaAs、InP等)，主要受到电解质的化学腐蚀，导致物理化学性质不稳定，在光照或施加偏压下腐蚀加速。

对于具有合适带隙的半导体，例如非氧化物半导体(例如金属硫化物/硒化物、氮化物、氧氮化物、磷化物等)，由于热力学因素，容易发生光生空穴氧化;金属氧化物半导体，例如Cu2O ，由于热力学因素，也容易发生光生电子还原;热力学稳定的金属氧化物半导体，例如BiVO4 ，面临动力学驱动的光腐蚀，导致吸光物质的溶解、晶格结构的破坏。

而表面保护层则受到寄生光吸收和针孔现象的限制，降低了其防腐效果。同时，助催化剂也面临活性衰减和寄生光吸收的限制，最终影响光电极的稳定性。

针对这些挑战，相应的自修复机制包括：光吸收剂和助催化剂中活性物质损伤后的本征自修复、影响吸光性能的半导体缺陷位点的本征自修复、保形保护层中损伤位置的外在自修复、表面改性层中对寄生光吸收的自修复以及薄膜厚度的自限制。

这些自修复机制的实现，除了PEC水分解中工况所提供的偏压或光电压外，通常还需要在电解液中加入丢失活性物种的离子源或额外的修复剂。工况所提供的偏压的大小以及加入电解液中的物种的数量和浓度决定了PEC水分解的自修复能力。

工作条件下电解质中添加剂的研究将成为未来PEC水分解中不同光电极自修复研究的重点之一。