金屬奈米顆粒/中孔洞材料之複合材料於鋰/鈉離子電池及製氫之應用

綠色能源與高效儲能系統技術近年來受到全球高度的關注，因為這些未來的技術將有助於提升人類未來的生活環境。本計畫的第一部分在研究鋰離子及鈉離子電池的陽極材料，分別以奈米鑄型與有機-無機直接自組裝等兩種不同合成途徑的中孔洞碳材為主體。將利用不同模板的中孔洞矽材如SBA-15、SBA-16、KIT-5、KIT-6 及FDU-12 做為硬模板以合成中孔洞碳材如CMK-3、CMK-5 及CMK-8等。利用金屬奈米氧化物，如氧化銅、二氧化錫與二硫化鉬等擔載於中孔洞碳材及經過氮、硫與磷後修飾之中孔洞碳材，進而製備具有高電性之鋰離子與鈉離子電池的陽極材料。計畫的第二部分在利用中孔洞矽材為模板合成具有奈米結構的中孔洞金屬氧化物，作為鋰離子與鈉離子電池的陽極材料。以金屬氧化物，如二氧化錫、氧化鎳、氧化銅及二硫化鉬等為前驅溶液含浸到中孔洞矽材的模板中，得到中孔洞金屬氧化物奈米結構。再利用中孔洞金屬氧化物奈米結構與中孔洞碳材如CMK-3、CMK-5 及CMK-8 等製備鋰離子與鈉離子電池之陽極材料。以上這些複合材料的合成是否成功將利用X 光繞射、氮氣吸脫附等溫曲線、掃描式電子顯微鏡、穿透式電子顯微鏡、固態核磁共振與X 光電子能譜進行必要的結構鑑定。電化學性能則藉由量測鋰離子與鈉離子電池陽極材料的阻抗、循環伏安與循環性能做測試。計畫的第三部分是關於能源製造。燃料電池是使用氫氣作為燃料，所以需要充足的氫氣供應燃料電池。以綠色能源所製造的氫氣將可以有效地避免產生有害氣體如一氧化碳和二氧化碳等，因此計畫以生物質為主要來源以達到有效的氫氣製造。生質能源中的甘油、果糖、葡萄糖或糖醇將作為原料並以甲烷的蒸氣與水相重整之方式產生氫氣，除此之外還利用硼烷氨與氨的分解來產生氫氣。製氫過程須要高效能的觸媒，擁有金屬奈米顆粒之具羧酸官能基的中孔洞矽材與中孔洞碳材的特性使得它們可以成為生產氫氣過程中的重要催化劑，不同物質的催化活性與催化性能如產氫率、速率將會加以測定。