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全球再生能源重大突破-氧化石墨烯黏土

2021/8/25 0:0
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全球再生能源重大突破-氧化石墨烯黏土
中山大學跨國合作研發高濃縮的綠能尖端奈米材料
作者:丁金江、蔡宛栩
 
電催化是藉由觸媒電極的電化學反應,使得在電極表面與反應物間因吸、脫附(Adsorption and Desorption) 產生反應中間物,而降低反應的活化能,進而使電荷轉移能在接近理論電位值、較高的電流密度和更快的反應速率下進行化學反應。電催化反應的速率受電極材料影響甚大,包括材料本身、材料結構及電極結構都將影響電催化反應速率。
近年來發展再生能源一直是全球對抗極端氣候的重要方向,電池元件及電催化電極更是其中的關鍵技術。石墨烯為目前當紅的電極材料之一,但由於本身缺乏自體支撐力,目前的作法大多是透過將石墨烯液體或膠體塗佈到載體上來製作電極,因此業界主要以低濃度氧化石墨烯溶液作為製作電池元件的原料,然而低濃度的溶液(99.9%重量皆為溶液,氧化石墨烯僅占0.1%)在產業的長途運輸、特別是跨國運送與儲存過程中將產生極大的成本負擔,這也是石墨烯電極無法普及的原因。
國立中山大學化學系陳軍互教授帶領博士生張仁懷,與美國西北大學材料工程系Prof. Jiaxing Huang組成研究團隊,歷時半年成功研發出高濃縮的嶄新產物「氧化石墨烯黏土」,為綠能產業材料石墨烯商品的加工與儲存運輸帶來絕佳的便利性,並可大幅降低石墨烯材料的運輸成本。這項全球再生能源的重大突破,並榮獲國際頂尖期刊-自然通訊(Nature Communications)的論文刊載。
研究團隊指出,氧化石墨烯黏土單純由氧化石墨烯與水組成,不含任何有機溶劑或化學黏合劑,相較於石墨烯固態粉體,更能保存石墨烯的優異特性。且因其具有高度延展性,且能自由重複塑形,不但具有黏著性,更可隨意黏接,又能自行維持三維結構,可解決目前石墨烯電極製作過程遭遇的問題。如要製作上述石墨烯溶液,僅需將1公斤的氧化石墨烯黏土加水即可轉化成500公斤的上述水溶液原料(1 mg/mL),因此運輸時僅需運輸石墨烯黏土即可,運輸成本將可降低至原來的1/500,同時體積也大幅縮小,增加了跨國運送的便利性。
研究團隊表示,石墨烯黏土內的水分子可簡單地透過加熱去除,不需添加黏著劑,因此可保有電催化劑活性不受黏著劑的干擾影響,使其成為再生能源與電化學研究的一大利器。這項突破性的研究成果結合台美雙邊電化學專長與石墨烯材料技術,目前已受到國際科技媒體廣泛注意。此項跨國研究重要推手Prof. Jiaxing Huang 為全球頂尖知名的石墨烯材料學者,中山大學鄭英耀校長更期許研究團隊的後續國際合作研究,能將台灣再生能源發展與石墨烯技術帶向國際。
中山大學團隊化學系教授陳軍互(右)與博士生張仁懷(左),跨國研發綠能材料「氧化石墨烯黏土」,能降低石墨烯材料運輸成本至原本的1/500。
資料來源:研究團隊提供