成大丁志明團隊開發高熵合金薄膜催化劑登國際期刊 便宜綠氫不是夢

【記者于郁金/臺南報導】永續綠能近年來成為各界熱門討論焦點，水裂解反應的產氫、產氧也是綠能研究中相當重要關鍵，無論產氫或產氧都需要有催化劑存在，因此高效能催化劑製備成為首要目標；國立成功大學材料系教授丁志明及博士生李翔雲在科技部支持下，以真空製程結合高熵合金，順利開發出「高熵合金薄膜催化劑」，這項突破性技術榮獲國際關注讚賞，2022年8月登上物理、化學國際著名期刊Small；成大研究團隊從綠能、高熵、科技出發，實踐創新並加速科學研究之進程，達到實務應用及科學關鍵性技術突破。

「這是傳統催化劑無以比擬的，」丁志明教授指出，高熵材料的優勢在於其組成多元(至少須由5種金屬元素組成0，當這些多元金屬結合成高熵化合物，其表面電子結構重組可藉由金屬種類及成分調整而產生巨量可能性，「因為金屬元素選擇幾乎涵蓋整個週期表，母數選擇多，便更容易達到最佳化目標」。

成大團隊採用濺射沉積方式製作高熵合金薄膜催化劑，濺射沉積指的是在真空低壓、充滿惰性氣體的空間裡，通過施加高電壓向材料(目標)放電，被濺出的靶材料原子或分子沉澱積累在半導體晶片或玻璃、陶瓷上而形成薄膜，在半導體、光電等相關領域中已獲得廣泛應用。

「iPhone 12的金色不銹鋼手機中框就是用這個方法製成，」李翔雲表示，濺射沉積是一種成熟大規模生產技術，在金屬元素選擇上相當廣泛，且薄膜均勻性已被證明是極好的，生成薄膜基本上能夠複製靶材成分，高水準還原度有助於研究團隊掌控金屬元素成分比例，且薄膜具有高度可重複性，「每片做出來幾乎一模一樣」，品質穩定度對於控制催化劑成分特別重要，裨益於將來大量生產商用。

除了針對高熵合金薄膜催化劑進行研究，成大團隊更是挑戰難度極高雙功能電催化劑，以高熵概念設計製造同時具有「氧化」及「還原」催化功能新穎材料。李翔雲指出，雙功能電催化劑關鍵在於操縱缺陷、電子結構及變形，雖然高熵合金有著極大組合可能性，隨之而來其製作複雜程度也相當地高。

成大團隊大約在3、4年前開始投入高熵研究，一開始在金屬元素組成中毫無頭緒前進，最後是透過藥物開發中常用「組合化學技術」，能在短時間內合成上千、上百種金屬組合，再送到日本國家物質材料研究機構(National Institute for Materials Science,NIMS)及美國國家標準暨技術研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)進行分析：此舉「使我們得以1年多的時間，在多種金屬元素中找到最佳高熵合金組合」，丁志明教授補充，驗證了濺射 FeNiMoCrAl(鐵鎳鉬鉻鋁)高熵合金薄膜催化劑表現出優於目前市面上商用高熵合金催化劑，不僅成本可以下降，成大製作出催化劑穩定性及活性表現也都更加出色。

高熵合金薄膜催化劑最主要的用途是作為水分解產氫過程中催化劑，隨著化石燃料逐漸枯竭，氫能源被視為未來重要能源技術之一，除了發電外，許多鋼鐵大廠也致力發展以氫氣取代焦炭把鐵從鐵礦砂還原出來，降低製程中大量碳排；英國也推出氫能雙層巴士、設立迷你加氫站；空中巴士(Airbus)公司也宣布2035年氫飛機將投入市場，在在應用都凸顯了氫能及高熵合金薄膜催化劑重要性。

丁志明認為，高熵不僅僅侷限高熵合金，高熵氧化物、硫化物也是當前研發重點與趨勢，高熵的多元空間、無數的電子結構變化，每走一步都帶給研究團隊驚喜；高熵材料與綠能連接的號角於焉響起，團隊目前也朝與廠商接洽媒合商用以及「綠氫」相關的應用方向努力，致力在全球零碳浪潮中，引領人們遨遊及探索未知高熵合金領域。

分類：教育學術
標籤：國立成功大學,

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