香港理工大学高等研究院讲座: 美国普林斯顿大学Iain McCULLOCH教授主讲「以太阳能驱动化学反应」

由再生能源从水生产出来的「绿色氢气」，有望成为未来燃料的关键，为广泛业界应用提供清洁、零碳能源。它亦可与间歇性的太阳能发电结合，提供额外的能源储存。然而，太阳能制氢在大规模应用及经济成本方面仍面临诸多挑战。「光化学水分解」是其中极具潜力的解决方案，透过利用吸光半导体纳米粒子，驱动粒子表面上的氧化还原反应。传统上，光催化应用主要是利用宽带隙无机半导体。虽然这些材料几乎完全吸收紫外线，但紫外线仅含<5%的太阳能，因此限制了其效率。

本讲座将讨论有机半导体光催化剂的研发，这些光催化剂在化学调节后，能对紫外—可见光谱内的多种波长进行强烈吸收。我们的研究显示，透过利用有机半导体纳米粒子，可实现比传统无机光催化剂更高的太阳能制氢效率，这种纳米粒子具有第二型能带结构，由两个的有机半导体组成，两者之间含有一个电子供体／受体形成的「异质结」。「供体／受体异质结」使纳米颗粒内的电荷生产有所提升，从而显著提高了制氢效率。我们已经证实，透过调整纳米粒子的结构，制氢效率可显著改善。我们亦观察到，这些纳米粒子的高效率，是源自于它们在光照射下，能够产生出长时间保持高反应活性的电荷，从而增加了这些电荷参与光催化反应的机会。此外，我们将讨论在「气相二氧化碳光催化还原」中应用一种可溶液加工、具有固有孔隙率的线性共轭聚合物。讲座将重点介绍具有固有孔隙率的可加工聚合物在透过「气相二氧化碳光催化还原」制备太阳能方面的潜力。