氫能源革新　優化質子化過程的新物質－多孔g-C3N4

編譯／高晟鈞

氫被視為一種極具潛力的綠色能源，但氫原子大多被固定在水分子當中，需要透過能量的激發才能將其從水分子中分離出來供實際使用。太陽能被認為是最好的反應催化劑，為了將起當作激發氫能的能量來源，科學家付出了極大的努力，但其低下的生產效率與高成本，降低了它的實用性。

香港大學化學系郭正孝教授及David Lee Philips教授領導的研究團隊於Energy & Environmental Science上發表了一篇研究。他們發現了一個重要的原位質子化過程，可以有效改善光催化劑中電子流的光動力學和分離，使可見光可以從水中有效產生氫氣。這反應過程，使用一參雜磷的碳氮化合物中，成本低且有實際應用的潛力。

這邊我們先來淺談何謂質子化與介質組成為什麼會影響分解效率。

質子化簡單來說就是將一化合物分解獲得H⁺，也就氫離子，又稱質子。

不同材料及元件作為介質會影響反應的電性與光性。當中所含的雜質和晶體會產生的一種能階缺陷，分為淺值與深值。淺值能階缺陷，則位於其上的電子或電洞能很快就躍遷至傳導帶或共價帶形成自由電子或自由電洞，決定了塊材載子之形成。若是屬於深值能階缺陷，則其電子或電洞因不易躍遷至傳導帶或共價帶進而影響帶電載子之生命週期、遷移率及導電性。簡單來說，我們可以這麼理解，為更好的實施高效率的水分解，我們需要增加介質淺值的能階缺陷。

香港大學團隊提出質子介導光催化機制的新過程，選擇一參雜磷的碳氮化合物–gC₃N₄，。多孔gC₃N₄原位質子化是一種非常有效的催化劑結構，能誘導淺值能階缺陷，抑制不需要的深值缺陷，實現高穩定的光氫合成。

鄭教授說：「我們預計，我們的發現將為未來有效利用太陽能的光催化劑設計開闢一條新思路，方法是更加關注操作結構動力學，將其作為提高轉化效率的可行手段。」

資料來源:Phys.org

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