教育線上\城大研究：「壓電合成」將振動轉化清潔燃料
【大公報訊】從海浪和河流，到水運輸及水處理系統，振動無處不在。然而除了使水搖晃以外，振動還能發揮更大作用嗎？它能夠將水分解，或利用水來推動生產有用的化學品嗎？香港城市大學（城大）能源及環境學院Sai Kishore Ravi教授帶領的研究團隊，成功展示了如何利用機械振動推動由水生產有用化學品的過程。
團隊在最近的兩項研究中展示了這些突破：一項關於以振動驅動過氧化氫生產的研究，以「藉由 MXene修飾碘摻雜鈦酸鉍之體相極化場與界面電子匯提升壓電催化過氧化氫產率」為題發表於《自然─通訊》；另一項關於生產氫氣的研究，則以「增強的晶格極化及電荷向鉑表面位點的定向傳輸加速鈷摻雜鐵酸鉍壓電催化析氫反應中的Volmer步驟」為題發表於《先進能源材料》。
這些研究對新興的壓電合成領域作出了重要貢獻。在該領域中，壓電材料的機械變形會產生電荷，這些電荷可被引導以驅動水中的氧化還原反應。當中的主要挑戰，在於如何防止這些電荷在到達表面反應位點前因復合而流失。
為克服此問題，團隊開發了一種用於以振動驅動製氫的壓電鐵酸鉍基系統。透過應用可控摻雜及負載助催化劑等結構微調策略，他們改善了電荷利用率及表面反應動力學，使氫氣產量較原始材料大增16倍。此外，他們開發了一套基於層狀鈦酸鉍結構的系統，能在機械振動下產生過氧化氫。該系統在無需添加犧牲試劑來驅動反應的情況下，過氧化氫的產率高達5890μmol g-1 h-1；生成的產物更被證實能降解污染物及滅活細菌，突顯其在水處理應用方面的巨大潛力。
未來研究海浪產燃
Ravi教授表示：「儘管化學產物不同，這兩項研究均依賴同一原理，即控制振動產生的電荷如何分離，並引導之驅動化學轉化。我們目前的研究使用受控的超聲波振動來了解箇中科學原理，下一步的挑戰是走出實驗室反應器，探索能夠利用環境中現存的振動來運作的系統。」
這一發展前景對香港等沿海城市極具吸引力。團隊正針對利用海浪振動的浮動催化平台進行初步研究，藉此探索壓電合成在未來的實際應用。展望未來，拍打城市海岸的波浪將有望協助生產有用的化學品、推動環境修復，並產生清潔燃料。
