來自海洋的氫能：奈米材料使光觸媒產氫更有效率

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來自海洋的氫能：奈米材料使光觸媒產氫更有效率


從海水中製造氫氣的光觸媒(圖：University of Central Florida )

氫氣被認為是未來能源的希望之一。如果能夠有效的利用海水，電解產生氫氣，那麼就能製造近乎源源不絕的燃料。但這項技術的瓶頸在於：使用電力或光催化的水解，其能源轉換率太差，結果反而得不償失。

而中央佛羅里達大學的奈米科技研究中心 ( University of Central Florida’s NanoScience Technology Center ) 的研究員楊陽 ( Yang Yang ), 提出了一種特殊奈米結構的光觸媒 ( photocatalyst )，正能夠解決這項問題。


光催化分解水

將水通電後，電子會與氫離子結合，產生氫氣。而光催化分解水則是另一個類似原理的手段。當太陽光中的光子，打到光觸媒半導體時, 其能量會激發電子，從不可導電的價帶激發至導帶。而這電子會與水分子發生還原反應，而製造出氫氣。此方法的問題在於，常用的光觸媒：二氧化鈦，進行光催化分解水時，因為接受的光子頻寬有限與材料表面的問題，而使反應活性不佳。

奈米結構

研究員找到一種方法，製造出光觸媒的合成材料解決此效率問題。他們發現，將二氧化鈦的表面以化學方法「蝕刻」上奈米結構的孔隙。並在表面鋪上一層僅有一個原子厚度的奈米薄膜：二硫化鉬。藉由調整表面薄膜中，硫原子的空缺密度, 能夠使光觸媒接受更大的光子頻寬：從可見紫外光 ( ultraviolet-visible ) 到近紅外光 ( near-infrared light ), 使得光催化水解的效率提升將近 2 倍。

未來應用

奈米材料在許多領域皆發展出了新的科學運用。但是最大的問題是，由於奈米材料的製造精準度要求高，所以還無法商業化製造。包括此項新的光觸媒材料，也正面對這項所有奈米材料的問題。

但氫氣作為未來能源燃料的地位依舊存在，正如楊博士提到：「以氫氣作為太陽能產出的能源，會比太陽發電來的有效率。因為氫氣比起電力，更方便儲存與運送」。其研究也正在解決如何大規模製造的問題。


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