政大大學報

綠能發展新選擇 電漿子奈米天線提升析氫效率

【記者范莛威綜合報導】氫能源為現今社會發展綠能的重要方向,除了化石能源製造氫之外,另一種方法則為電解海水取得氫,可因此法成本較高尚未普及。國立清華大學材料所博士生沛維翠和蘇東盛,在清大材料所教授嚴大任的指導下,完成了「電漿子奈米天線搭配雙層二硫化鉬實現高效率析氫反應」論文,可讓電解海水的析氫效率提升30倍以上,進而降低製氫成本。

目前現況大多以化石能源製氫,但因天然氣的成本經常浮動,和開採化石能源消耗地球資源,利用此方法製氫並非最佳,而電解水製造氫,則碰到催化劑二硫化鉬的效率低落、花費高等問題。此研究便是將奈米天線加入進二硫化鉬中,讓整套系統的效率提升。

奈米天線與二硫化鉬結合的示意圖,將奈米天線放置在二硫化鉬薄膜之下。 圖/范莛威製作

利用光反應分解水取得氫的過程中,因為二硫化鉬的半導體特性、導電性及化學穩定性佳,故以其為催化劑,而在催化劑中加入電漿子奈米天線,可使二硫化鉬的光催化效應提升,便能捕捉更多的光,蘇東盛說:「就像大力水手吃了菠菜,加入奈米天線的二硫化鉬,析氫的效率就會大大提升。」此研究成果被選為國際能源期刊《前瞻能源材料》(Advanced Energy Materials)十月版的封面故事。

二氧化鉬結合奈米天線產生析氫反應示意圖,該示意圖同時被選上Advanced Energy Materials 期刊封面。 圖/蘇東盛提供

在研究中最花時間的,便是構思整個概念,嚴大任說:「主要是和學生討論奈米天線的設計,以及如何最佳化它的效率,大致解釋清楚後,學生就會繼續做下去。」嚴大任也提到,研究後的成果要商業化,必須克服降低成本與奈米天線大面積生產的問題。「目前奈米天線是以電子束微影製作,成本高且時間長,未來將尋找替代製成來大面積製造。」蘇東盛補充。

除了製造氫之外,如何運送且保存氫也是一大困難。在氣體中,氫氣屬於易燃氣體,高壓儲存也容易導致爆炸。且氫為無味氣體,若是洩漏在空氣中,也會難以察覺。

氫能的應用範圍相當廣泛,例如:燃料電池汽車、燃料電池發電等等,且氫氣屬於環境友善能源,採用氫氣發電不會排放大量二氧化碳。立法院於2015年通過「溫室氣體減量及管理法」,將對排放溫室氣體的企業收費。蘇東盛說:「而若未來達成大量產氫的目標,相信對於未來能源的選項提供另一種選擇。」