與 北京科技大學的合作交流
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與 北京科技大學的合作交流

 

 

與北京科技大學的合作交流

 

化工系 林律吟副教授

感謝本校大陸地區學術專題研究合作案的補助,本實驗室去年獲得與北京科技大學耿東升教授合作的機會,深感榮幸。此合作計畫為開發高效能光觸媒與電催化觸媒,應用於水分解及有機物降解反應,透過不同光觸媒的開發與實驗參數的調整,搭配測試水分解與有機物降解效率,可建立高效能光觸媒系統。

去年11月耿東升教授訪台交流(圖一),交流過程十分融洽與和諧,耿東升教授拜訪臺北科技大學並分享其實驗室成果與發展歷程,讓我們收穫甚多。另外,本實驗室的學生也逐一上台報告,一同討論其實驗成果,此番互相分享與交流的會議讓我們都得到很多寶貴的建議與啟發。

去年11月在進行實驗室交流完成之後,本實驗室與耿東升教授也一同參加舉辦於高雄展覽館的電化學年會,相互討論實驗室的發展與兩岸的學術議題,得到許多新的啟發與構想。

本計畫成果在今年五月成功發表於兩個期刊。其一發表於Journal of Material Chemistry A (impact factor = 10.733; DOI: 10.1039/D0TA01530J)(圖2),主要內容為從實驗和理論結果中概述Pt及其載體間的相互作用,以期揭示金屬與載體間相互作用如何影響複合催化劑的活性和耐久性。過去許多文獻曾統整過金屬與其載體間的相互作用對電催化活性和耐久性具有重大影響,但對於較為深層的相互作用影響原因並未有人仔細探討與統整。對於負載在燃料電池中碳上的Pt奈米顆粒,由於碳腐蝕和Pt溶解,它們會遇到活性和耐久性問題,可以通過調節Pt及其載體之間的相互作用來改善這種問題,但合理設計Pt-載體複合材料需要深入了解Pt及其載體之間的關係。本文獻首先討論Pt-載體相互作用的基本原理,以及通過修飾Pt-載體相互作用增強催化活性和耐久性的方法;其次對於Pt-載體相互作用的成果作物性與電性分析。最後提供了通過操縱Pt-載體相互作用以提高電催化性能的未來研究的前景。本文獻預期將藉由設計具有更好活性和燃料電池長期穩定性的新一代電催化劑,使此領域的發展更為迅速與健全。

另一篇合作的文獻發表於Materials Science in Semiconductor Processing (Volume 117, October 2020, 105180),主要提出一種簡單的固態合成方法,直接將前驅鹽混合來製備BiVO4粉末。由於具有合適的能帶位置和可見光響應特性的釩酸鉍BiVO4已被廣泛用作有機污染物降解和水氧化的有效光催化劑,但一般製備BiVO4的溶液法需經過溶解、反應、結晶和乾燥過程,較為複雜且費時。本文獻中我們通過在固態溶液直接摻入相關的前驅鹽,在BiVO4上實現異原子摻雜和鹼處理製備異質接面。結果發現,當使用0.1 M NaOH改性BiVO4時,在可見光下80分鐘的亞甲藍降解可提高至81%,主因為生成氧化鉍/ BiVO4異質接面與本樣品相對粗糙的表面。另一方面,在AM 1.5太陽模擬下,W和Mo共摻雜的BiVO4電極在1.23 VRHE電位下顯示的光電流密度,遠高於BiVO4電極在相同量測條件下的光電流密度(0.33 mA/cm2),推測原因為異原子摻雜導致的高載流子密度。本結果主要可歸因於不同材料間相容性以及異質接面和表面粗糙度間的協和,使得異原子摻雜和鹼處理的BiVO4對亞甲基藍降解和水氧化的不同光催化性能。本研究最主要的貢獻為提供簡易的固態合成方法製備高效能BiVO4光觸媒,以及使用不同方式改性BiVO4光催化劑並發現其於光降解和水分解方面的光電化學性能具有不同的趨勢表現。

國際交流對於學術發展的幫助極大,透過不同的思維、不同的環境以及不同的研究態度交流,對彼此都可產生新的腦力激盪與更優良創新的研究想法。另外,更多元的了解台灣以外的學術環境,也可使我們截長補短不做井底之蛙。未來一年的合作將與北京科技大學數理學院的周丹教授一同進行,主題為開發鋰/鈉離子電池的儲能材料與電解液,期盼新的一年計畫能得到更多的收穫,並且亦期望隨著疫情漸緩能恢復兩岸之間的學術交流,期盼109年的計劃能帶相關的計劃學生到北京科技大學拜訪,相信對於雙方的研究與學生的眼界將有莫大的幫助,也再次感謝本校校際合作計畫的學術補助,除了提供優渥的經費外更提供了學術交流的機會開闊我們學術上與生活上的眼界。

與北京科技大學的合作交流

與北京科技大學耿東升教授交流,於化學工程與生物科技系館門口合影

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