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更新日期:111年5月25日

凝態中心林麗瓊研究團隊發現 單層過渡金屬二硫屬化物邊沿可進行光催化燃料轉換

低維度的光催化材料中,材料本身的平面本質缺陷以及邊緣原子對於催化效率有重要的影響,因此對於上述二項的功能性進行探討,有助於發展高效率的光催化材料。從自然界的光合作用中獲得靈感,凝態中心林麗瓊教授帶領的研究團隊,同時也是新穎材料原子級科學研究中心,發表利用低壓化學氣相沉積系統合成的單層二硒化鎢(WSe2)人工葉子,並藉由調控合成條件,可以精準控制二硒化鎢橫向尺寸的成長,並均勻地分布於基板上。若應用於光催化二氧化碳還原上,可以轉換成甲烷,而轉換效率與所合成的WSe2大小呈現反比,意謂小尺寸的WSe2具有較佳的催化能力,而內部量子效率可以達到0.23%,電子消耗速率甚至可達到每個材料邊沿原子3.8 e- /s。

林麗瓊教授團隊希望對於WSe2尺寸與催化能力的關聯作更深的理解,所以對於平面上的本質缺陷、原子結構重建以及數種邊緣結構缺陷作更進一步的探討。借助於DFT(密度泛函理論)計算,發現過渡金屬二硫屬化物的平面是極為惰性的,極為困難用於活化二氧化碳分子。但是若在WSe2材料邊緣選擇性重建原子結構或是結構性缺陷可以具有極佳的CO2吸附能力。此外,藉由原子力顯微鏡所架構的掃描電化學顯微鏡,可以在奈米尺寸下量測材料的氧化還原性質,並在固液介面環境下量測發現單層WSe2在材料邊緣具有優異的類金屬特性,因此可以有效的傳遞載子,獲得較佳的催化能力。

本研究在陳貴賢教授、林麗瓊教授指導下,開發新型的單層過渡金屬二硫屬化物作為非貴重金屬共催化劑,並應用於有線或無線的產氫反應或CO2還原反應。並由Mohammad Qorbani博士、Amr Sabbah博士、賴盈任博士、TIGP博士班學生Septia Kholimatussadiah、Shaham Quadir、黃至揚、Indrajit Shown教授、黃逸帆博士、林倫年教授共同完成。

此研究成果已於2022年3月發表於國際知名科學期刊Nature Communicationshttps://www.nature.com/articles/s41467-022-28926-0

  • 圖1

    小尺寸的WSe2具有較佳的催化能力,而內部量子效率可以達到0.23%,電子消耗速率甚至可達到每個材料邊沿原子3.8 e- /s。

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