表面電漿共振助效太陽能轉換化學能:雙光分子反應(2/3)

潔淨能源在國家永續發展上扮演不可或缺的角色，使用綠色化學生產能源載體可以減輕傳統製程技術對於地球環境的危害，將太陽光轉換成燃料儲存將會是選項之一。然而這種光能轉化學能的方式，特別是利用太陽光將水分解產氫的效率不高，其原因在於電子-電洞分離的效率差，載子傳輸的距離短，光電極的吸光面積較小，以及半導體-電解質界面間反應動力慢等因素。為了解決這些問題，我們提出此3 年期計畫，最終的目標是製備與設計高效率與高穩定性的光電化學反應系統。根據本實驗室在水溶液溼式化學合成材料以及光電化學系統研究的經驗，除材料本身的能隙值、導帶位置、傳導特性(n/p 型半導體)，抗腐蝕性等特性決定光化學反應與否，能帶的搭配，層狀結構串聯電池的設計，載子傳輸機制與動力學，都會影響到最終化學反應的速率與光能轉換效率。本計畫的特色之一，便是結合金-銀奈米殼結構，這種新穎的奈米殼具有可調表面電漿共振(SPR)的特性，SPR 吸收範圍為400-1000 nm。先期研究發現，金-銀奈米殼與光觸媒吸收位置的匹配，以及兩者間的介電層厚度，將會影響光觸媒吸收光分解水的產氫效率。本計畫將會延續此重要的研究成果，更細緻的製備核-殼結構，精準控制光觸媒的組成與厚度以及介電層的材料選擇與厚度。除此之外，結合層狀結構與雙光子反應系統設計，探討光生載子在各界面間的路徑與傳輸動力。藉由有系統的探討，預期將會增加電子-電洞分離機率，降低漏電流，提高反應動力與系統穩定性。主要的研究重點如下：A. 建立不同光觸媒材料資料庫。B. 結合陽極與陰極的設計，完成雙光子反應系統。C. 結合表面電漿共振提升光-化學轉換效率。