亥姆霍兹中心 Hereon 的研究团队展示了一种对经典技术的全新应用：他们成功将其改造为可实时测量光电极材料降解的工具。这一方法能够连续、精确地捕捉极其微小的材料损失，并在实际运行条件下直接给出材料腐蚀速率。相关成果已发表在期刊《EES Solar》上。

光电化学系统可以将阳光转化为氢气、乙烯或氨等高价值化学品，但其大规模应用长期受限于材料在工作过程中的降解——也就是腐蚀。关于这一过程的动态细节仍然了解有限：腐蚀究竟以怎样的速度推进？哪些运行条件会加速或减缓腐蚀？

研究团队采用的“操作态光谱椭偏法”给出了新的答案。这一技术首次实现了对光电极腐蚀过程的高精度、实时追踪。通过测量电极表面层厚度在纳米尺度上的微小变化，该方法可以在不同电化学条件和变化光照下，持续记录材料的演变过程。

揭示动态降解过程

为展示该方法在光驱动电化学组件材料降解研究中的能力，团队选取了超薄二氧化钛层作为研究对象。二氧化钛在能源技术中应用广泛，例如用于制氢光电极、太阳能电池以及光催化体系。研究人员制备了内部结构各不相同的二氧化钛薄层，并在接近实际应用的条件下观察其随时间的变化。

实验结果显示，材料的内部结构对稳定性具有决定性影响。无序的非晶二氧化钛层在光照下的降解速度约为有序晶体层的 14 倍，其根本原因在于非晶结构的电荷传输效率更低，更易引发腐蚀相关反应。通过在真实运行条件下直接量化这些差异，新测量技术为设计更具耐久性的光电化学系统提供了关键数据支撑。

研究团队的看法

“能够在装置运行过程中实时看到材料如何发生变化，为识别和理解降解机制打开了全新的窗口，也让我们有机会在问题真正出现前就加以避免。”Hereon 功能材料可持续性研究所所长、该研究概念的主要推动者 Francesca Toma 教授表示，“这不仅有助于优化现有材料，还能加速开发满足未来可持续能源系统需求的新材料和新方案。”

研究人员指出，这一新型测量方法并不限于二氧化钛或单一体系，还可推广到多种光电化学和电催化材料的研究中。因此，该工作为可持续能源技术的进一步发展提供了重要工具支撑，有望在推动能源转型方面发挥积极作用。

该研究的主要作者之一 Mauricio Schieda 博士补充道：“更高的稳定性意味着更少的材料消耗、更低的维护频率以及整体成本的下降。这些因素都是光驱动能源转换技术实现广泛商业化应用的关键前提。”