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變為氫和氧。

　　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，可以用異質化合物來研制。例如美國博林格林州立大學的工程師將硒化鋅和硫化鎘晶體同鉑催化劑相結合而使合適的電子得以釋放。但復雜的工藝和稀缺的材料孕育而成的裝置，因商業化成本過高而難以應用。

　　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。

　　納米技術操控物理結構成本低廉令硅黯然失色

　　鐵銹的穩定性同樣十分重要。很多材料受到水裂解的腐蝕后會發生變形，但二氧化鐵在腐蝕性環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量是能彌補質量不足的。

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

　　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。二氧化鐵的導電性不是很好，無法靠自身力量將足夠的電子往外發送到更能發揮作用的邊緣上。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，瑞士聯邦理工學院（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晶陣列中，趁它們尚未變純凈之前重新予以吸收。