香港城市大學（城大）材料科學家及其研究團隊的兩項重大發(fā)明，推進可再生能源領域的前沿研究，有助解決迫切的能源問題。

由材料科學及工程學系何志浩教授領導開發(fā)的兩項發(fā)明，包括一部新穎的波浪能裝置，既能發(fā)電又可減少空氣中的二氧化碳；以及嶄新的光電化學系統(tǒng)，可將太陽能轉化氫氣的效率提升兩倍，而且成本減半。

在首項研究中，何教授及其團隊研發(fā)出輕型波浪能驅動電化學二氧化碳還原系統(tǒng)，能夠把海洋的波浪能轉化為液體燃料甲酸。該系統(tǒng)有三個組件：彈簧輔助的球形摩擦納米發(fā)電機，可將波浪的動能轉化成電能；能源管理電路板連同超級電容器，用作暫存轉化的電能；還有可將二氧化碳還原轉化為甲酸的電化學裝置。

「跟傳統(tǒng)的電磁式波浪發(fā)電機相比，我們發(fā)明的摩擦納米發(fā)電機重量較輕，可以浮於水面，對海洋生物和海床的影響減至最低，而且在風暴中也可使用，更具成本效益，」何教授說。

 

「甲酸是一種可在室溫儲存的液體燃料，運輸比較安全和方便。更重要的是，我們研發(fā)的技術可以在能源轉化過程中減少二氧化碳，即主要溫室氣體，有助對抗氣候變化，」他說。

新技術可提升波浪能轉換電能的效率，提高電力產(chǎn)能。何教授說：「長遠來說，我們希望將效率再提高，讓這項再生能源轉換的發(fā)明減少人們對化石燃料的依賴。」

這項研究成果已於學術期刊《能源與環(huán)境科學》發(fā)表，題為「藍色能源燃料：通過二氧化碳還原將海洋波浪能轉化為液態(tài)碳燃料」。

為了進一步探索可再生能源的潛能，何教授與另一團隊研發(fā)出嶄新的光電化學系統(tǒng)，可將太陽能轉化氫氣的效率由一般的3%大幅提升至9%，轉化的穩(wěn)定性更由幾分鐘劇增至逾150小時，創(chuàng)下同類系統(tǒng)的最高紀錄。

有關研究成果早前在科學期刊《自然通訊》上發(fā)表，題為「通過磷化銦鎵/砷化鎵雙重連接，建構太陽能轉化氫氣效率達9%的高效穩(wěn)定光電化學系統(tǒng)」。

光電化學系統(tǒng)又稱為人工光合作用系統(tǒng)，透過陽光及專門的半導體，將水分解為氧氣及氫氣。

何教授指出差不多所有現(xiàn)行的光電化學系統(tǒng)（例如矽與三五族半導體）均採用單面元件結構，故須在功能和表面保護之間作出取捨。半導體在水分解過程中會被腐蝕，因此大部分系統(tǒng)會在數(shù)分鐘內(nèi)失效。由於系統(tǒng)不穩(wěn)定，加上成本高昂，致實際應用未能普及。

「我們的研究利用外延層剝離及轉移技術，可善用裝置的正背兩面，並可重用基板。這樣既可大幅提升系統(tǒng)的穩(wěn)定程度和壽命，更可將成本銳減一半，令光電化學系統(tǒng)更具成本效益，」何教授說。

 

研究團隊更展示首個全整合獨立運作無線三五族為本光電化學系統(tǒng)。這個「人工葉」系統(tǒng)無須連接電力也可作能源轉化，把太陽能轉化氫氣的效率是接近6%。

「我認為這項突破有助減少將來進行相關研究的地域限制，」何教授說。