城大透過壓電合成 將環境振動轉為清潔燃料

振動與我們的生活息息相關，香港城市大學能源及環境學院研究團隊，近日發表兩項重大科研成果，成功利用振動驅動生產過氧化氫及生產氫氣。這項科研進展突破了傳統壓電合成的限制，並為沿海城市如香港提供了將波浪等環境振動轉化為清潔燃料的發展前景。 香港城市大學能源及環境學院Sai Kishore Ravi教授帶領的研究團隊，展示如何利用機械振動推動由水生產有用化學品的過程。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，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，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。該系統在毋須添加犧牲試劑來驅動反應的情況下，提高過氧化氫的產率；生成的產物更被證實能降解污染物及滅活細菌，凸顯其在水處理應用方面的巨大潛力。 Ravi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。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。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。