探索洁净新能源之旅 香港城大学者获亚太经合组织奖项嘉许

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致力研究透过人工光合作用结合半导体物料将水分解成氢气和氧气,从而实现氢气成为完全洁净能源的香港城市大学(香港城大)能源及环境学院副教授吴永豪博士,凭卓越研究成果,荣获2019年亚太经合组织(APEC)「科学创新、研究及教育奖」(ASPIRE Prize)

该奖项每年授予区内一位年轻科学家,由各APEC成员经济体提名。今年主题为「自然实验室」(Natural Laboratories),表扬透过探索大自然或「自然实验室」来推动社会发展的创新科学研究。

于15位最后入围的科学家中脱颖而出的吴博士,日前便前往智利,于APEC科技与创新政策伙伴合作机制会议期间举行的颁奖典礼上领奖。他说︰“我深感荣幸,代表香港和香港城大获得这个奖项。对于我和研究团队来说,这是一份莫大的鼓励,激励着我们在追求严谨的科研道路上继续努力,期待能够更上一层楼,也能回馈社会。”

香港特别行政区创新及科技局局长杨伟雄发出新闻稿祝贺说:“吴博士的专长是利用阳光将水分解成洁净的氢,以制造可再生能源。这个奖项肯定了吴博士在自然科学领域上取得的杰出研究成就,并且嘉许他致力与其他亚太经合组织成员经济体的科学家合作。”

Dr. Ng at the Prize Presentation Ceremony
吴永豪博士(左四)于8月26日亲赴智利领奖并作专题演讲。图为他与奖项评审主席、委员、赞助商代表以及香港代表团成员之一、工业贸易署助理署长(制度部)何兆康先生(右三)合照。

 

吴博士一直醉心研究光电催化反应理论,希望为可持续能源的研究发展作出贡献。他解释,“用光及半导体物料将水分解成氢气和氧气其实不是新技术,但近年全球愈来愈关注能源短缺的问题,而且化石燃料释出的温室气体加剧全球暖化,不利可持续发展,大家的注意力于是投放到找寻新能源之上,成为科研界里一个热门议题”。

他自2006年开始一直从事能产生光电催化作用的半导体复合材料的设计与制备,研究以氧化钛(titanium oxide)、钒酸铋(bismuth vanadate)、氧化铜(copper oxide)等不同成分来特制粉末,并研究不同成分的粉末吸收不同波长、不同强度的光后将水分解成氢气和氧气的功率,同时深入研究如何提升效益:粉末愈“吸光”,分解水成氢气和氧气的功率便愈好。

光电催化的半导体可呈粉状或薄膜电极状,吴博士两种均有研究。当中用粉状半导体的话,理论上无需使用其他电源已经可以启动化学反应,“只需要结合光已经可以将水分解成氢气和氧气,更加环保,不过产业化的技术难度就更高。”

Special Semiconductor in the Water Will Speed up the Water Splitting Process under Solar Simulator
光电转化效率仪用以测试不同颜色的光结合半导体粉末后,将水分解成氧气和氢气的效率。

 

吴博士选择专注此技术的基础研究,包括如何应用光电催化方式提高太阳能转换效率,因为“要先明白背后的原理,技术有理论基础,在日后的应用上才会有所突破”。日本的相关技术目前已经可以将光能的10%转化为氢气,而且有汽车制造商研发出用氢气发动的车,不过吴博士指出,现时这些车用的氢气仍然主要靠用煤炭为能源的外力分解及收集。他说︰“如果只结合阳光及半导体粉末就成功将水分解成氢气和氧气,理论上以后为这些氢气发动的车加水就等同‘入油’了,连氢气樽也不用更换。”

Dr. Ng with his Testing Apparatus
吴永豪博士示范光电转化效率仪的运作。他希望在应用光电催化方式提高产生洁淨能源效率的研究上,有所突破和贡献。

 

日本是将水分解成氢气和氧气技术的发源地。1972年,日本科学家本多健一(Kenichi Honda )和藤嶋昭(Akira Fujishima)首次发表利用二氧化钛的光电特性分解水而制造氢气,启发大量后来者包括吴博士的研究。吴博士于2009年在日本大阪大学太阳能化学研究所博士毕业,2013年更因在光电催化领域的杰出贡献,荣获日本权威学术机构日本电气化学会颁发以本多健一和藤嶋昭命名的奖项Honda-Fujishima Prize。作为首位非日籍得奖人,吴博士坦言很荣幸能够在所属的研究范畴得奖:“这对我非常有意义,是很大的认同。”

今次再下一城获颁发ASPIRE奖项,吴博士谦称个人背景刚好符合其中一个条件要求︰曾与来自其他亚太经合组织成员经济体的科学家合作。吴博士本身是马来西亚华裔,于日本取得博士资格后师从美国圣母大学的Prashant Kamat 教授,2011年获澳洲研究理事会颁发的博士后奖学金,加入该会由Rose Amal教授领导的功能材料研究中心,曾与新加坡、美国、德国、韩国、日本和内地的科学家合作。

2018年吴博士加入香港城大,他表示是被大学对研究的投入打动,而且香港的地理位置优越,方便他与内地的学者和能源企业保持接触。他希望结合不同范围如工程学家等专才,将人工光合作用结合半导体物料令水分解成氢气和氧气的技术工业化,投入生产:“内地对新能源抱持开放的态度,不论是跟学者或能源企业合作,均机遇很多。” 他亦与香港城大的学者及香港业界合作,研究净化生活污水的同时,由有机物中提取氢气以发电的可能,转废为能。

吴博士在光电催化领域贡献良多,研究成果获得国际认可,于主流学术期刊发表相关论文130篇,研究成果9次被包括Advanced Materials, Advanced Energy Materials, Journal of Materials Chemistry A和Nano Research等主流期刊选为封面文章。他的论文被引用达8100次,H-index为37,ESI Top 1%高被引论文更有11篇。他目前是欧洲科学基金会和欧洲研究院的专家学院成员,并且是Scientific Reports(Nature Publishing Group)和Frontiers in Chemistry杂志的编辑委员会成员,同时担任主流学术刊物如Journal of the American Chemical Society及Angewandte Chemie International Edition等的审稿人。

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