要讓一種材料直接對水進行電解，它必須在受到光子撞擊時釋放具有合適能量的電子。當這些電子受到足夠的激勵而撤離材料時，它們會殘留下稱之為洞孔的缺口。為了填補這些洞孔，水分子會捐出屬于它自身的一個電子。這樣一來，電子和洞孔就會通過相互配合而使水得以氧化并轉(zhuǎn)變?yōu)闅浜脱酢?/p>

　　硅不是適宜干這活兒的工具，它的電子缺乏合適的能量。所有的材質(zhì)需要各自不同、準確無誤的能量才有望讓電子掙脫原子的束縛。硅原子只需要1.11eV（電子伏特）即可松開一個電子，但是促成水裂變則要求電子至少達到1.23eV的能量。

　　對于實際中迫切需要的材料，可以用異質(zhì)化合物來研制。例如美國博林格林州立大學(xué)的工程師將硒化鋅和硫化鎘晶體同鉑催化劑相結(jié)合而使合適的電子得以釋放。但復(fù)雜的工藝和稀缺的材料孕育而成的裝置，因商業(yè)化成本過高而難以應(yīng)用。

　　于是，研究人員開始將目光重新投向鐵銹。二氧化鐵具有高達2.1eV的能源“命中率”，它還不帶任何毒性，而且非常便宜。更為重要的是，它的“庫存量”簡直豐富到無所不在的地步。

　　納米技術(shù)操控物理結(jié)構(gòu)成本低廉令硅黯然失色

　　鐵銹的穩(wěn)定性同樣十分重要。很多材料受到水裂解的腐蝕后會發(fā)生變形，但二氧化鐵在腐蝕性環(huán)境中能維持長達一年，有人認為其耐蝕時間可能會更長，因為正如倫敦帝國理工學(xué)院的克勞斯·海爾加德所描述的，“它不像是會生銹變形的樣子。”

　　鐵銹不是世界上最擅長將太陽能轉(zhuǎn)變成氫的“高手”，最近的研究成果表明其理論極限值為16.8%。但光憑其來源豐富這一點就意味著數(shù)量是能彌補質(zhì)量不足的。

　　不過，這種“灰姑娘式”的材料依然缺失一只水晶鞋�！八�迄今為止的表現(xiàn)不甚理想，”加州理工學(xué)院的納特·劉易斯說，“那并不意味著我們無法讓它有更好的表現(xiàn)�！�

　　鐵銹具有適合電解水的物理屬性，但僅憑這一點并不意味著它能獨力完成使命。所以，過去十年的鐵銹研究大多是圍繞著水中誘導(dǎo)電子而展開的。

　　需要解決的第一個問題，就是當年讓哈迪和巴德陷于兩難困境的同樣障礙。二氧化鐵的導(dǎo)電性不是很好，無法靠自身力量將足夠的電子往外發(fā)送到更能發(fā)揮作用的邊緣上。它需要得到來自外界的刺激，一個辦法就是從所謂的串疊型電池裝置中獲取額外的太陽能。1991年，瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）洛桑分校的工程師邁克爾·格雷策爾，利用為強化對光子吸收而用染料經(jīng)過處理的薄層二氧化鈦研制成染料敏化太陽能電池。在沒有硅的情況下，這是一條生成電流既簡易又廉價的捷徑。只要將最終形成的電流反饋給底下的鐵銹層，它們就能推出適合對水電解的正確電子。

　　格雷策爾的裝置前所未有地達到了4%的效率。然而，那需要另外使用2個串疊型電池。額外能量對于提升電子形成更高的能級是必不可少的。要是沒有這些能量，鐵銹就會將電子往回抽吸到結(jié)晶陣列中，趁它們尚未變純凈之前重新予以吸收。