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    功能化奈米半導體硫化亞銅/球型氫氧化鎳粒子使用於光催化水分解產氫的應用
    (2013) 林庭億; Ting-Yi Lin
    利用太陽光進行光催化水分解產氫的研究近年來越來越受重視，水分解產氫配合儲氫材料的發展被視為解決能源問題的一大方法。此方法主要是利用具有合適能隙(bandgap)半導體粒子當作光觸媒材料吸收太陽光，半導體粒子價帶(valence band)上的電子吸收能量之後躍遷到傳導帶(conduction band)上，原本價帶上產生一電洞(h+)達到電子電洞對分離，吸收能量後躍遷的電子和水中的氫離子反應，產生的電洞亦被傳遞到表面和水反應產生氧氣，一般情況下我們會加入一犧牲試劑將電洞消耗掉，以避免電子電洞對快速的再結合。 Cu2S硫化亞銅為一P型半導體材料，且早已被運用於光催化降解水汙染方面上的研究，另外它具有較小的bandgap(1.5eV)，和水的還原電位(1.23ev)極為接近，但卻沒有使用來做水分解方面的應用。Ni(OH)2常被使用於鋰電池和鎳氫電池的cathode材料上，具有好的穩定度特性，近年來亦有報導指出氫氧化鎳在適當的條件之下可以當作催化材料，大幅度的增加光催化產氫的效率，其催化機制和目前已知的使用貴金屬沉積在半導體表面捕捉和傳遞電子的機制相異，主要為： Ni2+ /Ni (Ni2+ + 2e- → Ni, Eo = -0.23 V) (1) 2H+ + 2e- → H2, Eo = -0.00 V (2) 鎳二價離子會先和吸收光能重半導體粒子的價帶躍遷到傳導帶的電子反應，鎳被還原出來，如反應式(1)，被還原出來的鎳開始扮演活性中心並傳導來自半導體粒子吸收光能產生的電子以還原水溶液中的氫離子產稱氫氣，如反應式(2)。氫氧化鎳的高催化效率以及和貴金屬(如：鉑)相比較為低廉的價格可望在將來被應用於共催化材料的應用方面。