城大研發出提升太陽能轉換效率新方法

黃穎嘉

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Dr. Sam Hsu (left, front) and his team: Tang Yunqi (right, front), Peng Yong (left, back), and Stanley Mak (right, back).
徐先億博士(前排左)與他的研究團隊,包括唐蘊琦(前排右)、彭勇(後排左)和麥晉康(後排右)。

 

香港城市大學(城大)的環境科學家製備出一種具有異質結構的鉍基有機──無機鈣鈦礦材料,能將太陽能轉化為氫能的效率提高三倍。這項光催化產氫的研究成果為解決能源短缺提供了新的思路,並為在新興氫技術領域開發太陽能──燃料材料作實際應用帶來新視野。

能源及環境學院助理教授徐先億博士領導該研究團隊,合成出一種具有異質結構的新型有機──無機複合鈣鈦礦材料。他們在研究中證明這種異質結結構,可以於可見光照射下分解碘化氫能產生氫氣,無須使用鉑或釕等昂貴的金屬作為助催化劑。

這項研究成果已在國際知名學術期刊《先進功能材料》以封面形式發表,題為「原位構築具有異質結構的鉍基鈣鈦礦材料並將其應用於無助催化劑的光催化產氫」。

The new technology developed by Dr Hsu’s team can improve the efficiency of solar-to-hydrogen energy conversion by three-fold.
徐博士帶領其研究團隊開發新材料,能將太陽能轉化為氫能的效率提高三倍。

 

過去幾年,鉛基有機──無機複合鈣鈦礦材料以其出色光電效應與優異的光伏性能而廣泛應用於太陽能轉換器件;但是在光催化領域,鉛基的有機無機鈣鈦礦材料應用卻受到限制。這主要是由於其穩定性差而且毒性較高,對環境具有較大的威脅。

徐博士說:「因此,我們希望研製出一種無鉛鈣鈦礦材料,使其可以應用於光催化產氫。」

在探索及開發這種材料的過程中,徐博士的團隊發現了一種原位構築異質結構的簡單方法,這種具有異質結構的鉍基鈣鈦礦材料與單一結構的鈣鈦礦材料相比,其光催化活性得到了顯著提高。

他們從瞬態熒光光譜的測試結果中發現,具有異質結構的鉍基有機──無機複合鈣鈦礦材料的光生載流子的壽命比沒有異質結構的材料長。

較長的螢光壽命表明,由於異質結構中的非輻射複合減少,即可延長激子擴散的壽命。

因此,原位生成異質結構有利於光催化性能。研究結果表明,在可見光照射下且不用貴金屬作助催化劑,具有異質結構的鉍基鈣鈦礦材料與無異質結構的鈣鈦礦參比材料相比效率提高了三倍。

徐博士表示,下一步會嘗試提升氫的產量。他相信長遠來說,氫能將會成為一大主要能源。他期望研究能協助收集太陽能,以應對能源危機。

徐博士是該論文的唯一通訊作者,第一作者是他的博士生唐蘊琦。其他城大成員包括能源及環境學院博士生麥晉康劉汝庚、機械及工程學系王鑽開教授。其他團隊成員來自復旦大學、清華大學深圳國際研究生院及法國雷恩第一大學。

 

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