香港理工大學高等研究院講座: 美國普林斯頓大學Iain McCULLOCH教授主講「以太陽能驅動化學反應」

由再生能源從水生產出來的「綠色氫氣」，有望成為未來燃料的關鍵，為廣泛業界應用提供清潔、零碳能源。它亦可與間歇性的太陽能發電結合，提供額外的能源儲存。然而，太陽能製氫在大規模應用及經濟成本方面仍面臨諸多挑戰。「光化學水分解」是其中極具潛力的解決方案，透過利用吸光半導體納米粒子，驅動粒子表面上的氧化還原反應。傳統上，光催化應用主要是利用寬頻隙無機半導體。雖然這些材料幾乎完全吸收紫外線，但紫外線僅含<5%的太陽能，因此限制了其效率。

本講座將討論有機半導體光催化劑的研發，這些光催化劑在化學調節後，能對紫外—可見光譜內的多種波長進行強烈吸收。我們的研究顯示，透過利用有機半導體納米粒子，可實現比傳統無機光催化劑更高的太陽能製氫效率，這種納米粒子具有第二型能帶結構，由兩個的有機半導體組成，兩者之間含有一個電子供體／受體形成的「異質結」。「供體／受體異質結」使納米顆粒內的電荷生產有所提升，從而顯著提高了製氫效率。我們已經證實，透過調整納米粒子的結構，製氫效率可顯著改善。我們亦觀察到，這些納米粒子的高效率，是源自於它們在光照射下，能夠產生出長時間保持高反應活性的電荷，從而增加了這些電荷參與光催化反應的機會。此外，我們將討論在「氣相二氧化碳光催化還原」中應用一種可溶液加工、具有固有孔隙率的線性共軛聚合物。講座將重點介紹具有固有孔隙率的可加工聚合物在透過「氣相二氧化碳光催化還原」製備太陽能方面的潛力。