Разработка высокоэффективных фотоанодных материалов для фотоэлектрохимического (ФЭХ) разложения воды является ключевой задачей водородной энергетики. Морфология электродов определяет площадь активной поверхности, скорость переноса заряда и величину фототока, однако существующие методы получения развитых структур часто энергоёмки и плохо контролируемы. Создание простого и воспроизводимого метода формирования структурированных оксидов металлов является актуальной научной задачей. Разработан универсальный электрохимический темплатный подход к синтезу полых микротрубок оксидов цинка (ZnO) и висмута (Bi₂O₃) с управляемой степенью шероховатости и развитой поверхностью. Показано, что использование комплексообразующих агентов - цитрата и тартрата - позволяет тонко регулировать кинетику электроосаждения и формирование морфологии стенок микротрубок. Впервые системно исследовано влияние состава электролита и режима осаждения (постоянный ток / импульсный ток) на морфологию ZnO-HT [1] и Bi₂O₃-HT [2] и связанные с ней фотоэлектрохимические свойства.

Установлено, что для микротрубок ZnO-HT оптимизация условий осаждения приводит к трёхкратному снижению импеданса при освещении и увеличению фототока до 1,16 мкА/см2 при 1,5 В vs RHE. Для микротрубок Bi2O3-HT подбор комплексообразователя позволяет уменьшить плоскозонный потенциал до –0,02 В, что улучшает разделение фотогенерированных носителей заряда. Наблюдается прямая корреляция между увеличением электрохимически активной площади поверхности (ECSA), степенью дефектности структуры и ростом ФЭХ-активности, что подтверждает морфологическую природу улучшений.

Разработанный электрохимический метод является низкотемпературным, масштабируемым и применимым к различным оксидам металлов, что делает его перспективной платформой для создания фотоанодов нового поколения. Полученные материалы на основе ZnO и Bi₂O₃ демонстрируют улучшенный фототок и более эффективный перенос заряда без изменения химического состава или введения дополнительных допантов, что указывает на ключевую роль управляемой морфологии в формировании их функциональных свойств (Рис.1). Таким образом, разработанный электрохимический темплатный метод формирует научную и технологическую основу для создания нового поколения эффективных фотоанодов для экологически чистого получения водорода.

Публикации

1. [1] D.S. Dmitriev et al., Journal of Electroanalytical Chemistry, 976, 118813, 2025.
2. [2] D.S. Dmitriev et al., Materials Today Communications, 49, 114147, 2025.