氢气是一种清洁能源，光解水制氢主要利用太阳光把水分解为氢气和氧气。然而，由于光解水制氢过程中逆反应严重，氢气难以分离收集和安全存储，导致这一技术长期停滞不前。

罗毅、江俊教授与赵瑾教授等合作，设计出全球首个光解水制氢储氢一体化的材料体系，该体系具有低成本、通用性、安全储氢等优点，有助于实现太阳能光解水制氢的大规模应用。这项成果最近发表在《自然·通讯》杂志上。

为了解决这一难题，江俊等从诺贝尔奖获得者安德烈·海姆和中科大教授吴恒安等关于石墨烯的研究成果中获得启发：石墨烯能够隔绝气体和液体，却能让质子通过。他们设计了二维碳氮材料与石墨烯材料复合的三明治结构，将碳氮材料夹在两层石墨烯中。该材料可吸收紫外光和可见光，利用光能产生激子，光生激子分离形成正负电荷并分别分布于外层石墨烯和碳氮“夹心”层。

石墨烯表面的水分子在正电荷的帮助下分解，产生质子。这些质子可穿透石墨烯，遇到电子后反应产生氢气。由于只有质子能够通过石墨烯，而产生的氢气不能穿透石墨烯，光解水产生的氢气分子被安全地保留在三明治复合体系内。同时氧原子、氧气、羟基等物质无法进入复合体系，从而抑制了氧与氢重新变为水的逆反应发生，实现了高储氢率下的安全储氢。

江俊介绍，不仅是石墨烯和碳氮材料，其他如富勒烯、碳纳米管等和光催化剂也可用于这一复合体系中。这为实现太阳能裂解水转换为氢能创造了可能，并进而有助于氢能的大规模应用。