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以紅光激發有機分子來分解水

公告類型: 奈米新知
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美國科學家首度以可見光活化人工合成的有機分子紫質環(Porphyrin)來分解水(water-splitting)。相較於目前使用的金屬釕(ruthenium, Ru),這種分子可望協助研發便宜的人造光合(photosynthetic)系統,以可再生的方式生產如氫之類的燃料。

領導賓州大學及亞利桑那大學團隊進行這項研究的Thomas Mallouk指出,過去數十年全球能源需求穩定上升,而石化燃料來源有限,又有CO2造成氣候變遷的隱憂,因此開發不含碳、可再生的能源成為科學界追求的聖杯。利用陽光將水分解成氫及氧提供了一種潔淨可再生的能源產生方式。

自從1967FujishimaHonda提出以紫外光照射二氧化鈦(TiO2)來分解水,科學家一直再尋找能有效分解水的方法。2009年賓大/亞大團隊發現,附著在二氧化鈦上的可見光吸收分子可以分解水,不過只有藍光奏效,而且這些分子所含的釕元素既稀少又昂貴。

最近,該團隊證實名為紫質環的合成有機分子可以利用紅光來分解水。紫質環是一種有機染料,成份與天然光合作用所需的葉綠素(chlorophyll)很像,當它受到光激發時,能產生電子及電洞來驅動水分解。雖然目前效率還相當低,但構成紫質環的碳、氫、氮及氧都是地球存量豐富的元素。

該團隊將紫質環分子置於二氧化鈦電極之上,在紅光照射下,該分子會將釋出的電子注入二氧化鈦,然後傳遞至另一個電極,在那裡將水還原成氫;另一方面,留下的電洞則加入奈米微粒觸媒,將水氧化以得到氧。

由於大部份電子及電洞在抵達觸媒前就復合(recombine),因此就目前的效率談實際應用尚早,但該團隊正在設法改變電極架構,以減緩復合速度,提升電子轉移的反應。他們也在研究作用更快且不含稀有金屬的奈米及分子級觸媒。詳見近期的PNAS | doi: 10.1073/pnas.1414901112


原始網站:https://nano.nchc.org.tw/index.php?apps=news&mod=welcome&action=show&gid=1015
譯者/譯者服務單位:奈米科學網   責任編輯:蔡雅芝
發布日期: 2015/02/26
發布人員: 王芊樺