太陽能應用領域拓展可望更進一步！除太陽能電池外，利用太陽能分解水產生氫氣（亦稱為綠氫），也是再生能源與淨零減碳發展道路上的重要利器，然而製氫成本高，成為綠氫實用化的阻礙。國立臺南大學材料科學系蒲盈志副教授與呂英治教授研究團隊「雙劍合璧」，利用低成本的大氣電漿(Atmospheric Pressure Plasma Jet，APPJ)技術，大幅提升釩酸鉍光電極於光電化學系統製氫效能，並以臨場暫態吸收光譜(In-situ Transient Absorption Spectroscopy)技術探究其中催化活性提升的理論機制，其成果榮登國際頂尖期刊「應用催化B：環境」(Applied Catalysis B: Environmental)，為大規模生產綠氫的夢想帶來曙光。

南大蒲盈志副教授研究團隊多年耕耘於發展應用於光電化學系統之半導體光電極材料，結合同系呂英治教授研究團隊之大氣電漿技術，有效改變釩酸鉍光電極材料表面之微結構。在高解析電子顯微鏡下可明顯觀察到一層僅十奈米厚的氧空缺保護層，而此肉眼無法觀察到的改變，可提升釩酸鉍光電極材料在光電化學系統水分解產氫的效能達3.4倍。不僅如此，在細部的材料分析上，大氣電漿處理後釩酸鉍的載子傳輸效率高達95% (未處理的釩酸鉍電極僅27%)，光電轉換效率(於可見光區450 nm)則從29%提升到了70%，對於太陽光的利用率大幅提升。此外，此電極於光電化學系統水分解產氫的法拉第效率高達94%，可長時間穩定的產生氫氣，解決釩酸鉍電極一直以來被詬病之低化學穩定性。利用臨場暫態吸收光譜儀詳細研究後，發現釩酸鉍光電極中所產生之光電子，在此氧空缺保護層中的生命週期可從7微秒延長至29微秒，使得此光電極電荷分離與轉換效率可大幅提升，成為此系統進行水分解製氫效能提升的重要關鍵。

相較於目前已知的應用於光電極表面改質之電漿技術，大多使用低壓電漿，皆需依賴高成本的真空系統與氣體控制設備，此大氣電漿技術能在一般人類生活環境下操作，進行大面積的表面處理，大幅降低實際工業化應用的成本。

南大蒲盈志副教授表示，「低成本、易量產」的製備方式，有利於未來與工業界接軌，而實現製備大面積電極材料或光觸媒生產，降低新型再生能源生產的成本，也是本研究團隊在材料研發的目標。希望透過持續發展此研究成果，未來將有機會實現低成本之太陽能產氫技術，有助達成2050淨零碳排的挑戰。

資料來源：CNA訊息平台