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中央大學化材系團隊參與跨國研究 高效能氫氣純化薄膜成果登頂尖能源期刊

發布日期: 2021-12-22    文/化材系
實驗室合影
中央大學化材系張博凱副教授(右二)團隊材料計算組合影。照片化材系提供。


中央大學化材系張博凱副教授研究團隊與日本京都大學iCeMS中心、上海科技大學、日本同步輻射研究所(JASRI)、及日本量子生命科學研究所(QST)等研究團隊共同合作,研發出奈米鑽石石墨烯分離薄膜,其成果發表於國際頂尖期刊《Nature Energy》,同時也將成為改善氣候變遷的一大助力。
 
變遷及能源議題是現今人類所面臨的最大考驗。氫能是一種潔淨能源,其燃燒產物僅為水,被許多國家視為零碳能源。目前工業上有多種方法制備氫氣,但產出的氫氣通常存在於潮濕的混合氣體中,如何從中純化氫氣是當前面臨的一個重要挑戰。薄膜氣體分離技術便因其低成本、低能耗和高分離效率而廣受關注。
 
氧化石墨烯是一種可以分散在水中的二維材質,它可以被進一步組裝成氫氣純化的分離薄膜,達到讓分子尺寸較小的氫氣通過,同時阻隔尺寸較大的氣體分子。然而,工業應用往往需要在非常潮濕的條件下才能實現氫氣分離,當分離膜暴露在潮濕環境時,帶負電的氧化石墨烯薄片會相互排斥使得水分子得以嵌入薄片之間,溶脹並最終破壞分離膜。
 
研究指出,添加帶正電的奈米鑽石可以有效的消除氧化石墨烯之間的互斥力,得到緻密防水的效果,可有效解決分離膜的融脹難題,將大幅提升製氫效率和成本效益。奈米鑽石在製氫之外還有其他潛在用途。其中,濕度控制在制藥、半導體和鋰離子電池等領域十分重要。膜分離技術可以有效去除濕氣,這可以改變相關工業在除濕方面對於空調的依賴,並解決因此造成二氧化碳排放量增加以及全球暖化等問題的惡性循環。
 
張博凱副教授所帶領的團隊在碳材料、電極材料、表面反應及氣體分離薄膜相關理論計算已耕耘多年,並透過國際合作與京都大學進行學術交流。目前已有多名中央大學研究生前往該校iCeMS中心進行研究並逐漸擴大合作深度。

相關連結:
Overcoming humidity-induced swelling of graphene oxide-based hydrogen membranes using charge-compensating nanodiamonds | Nature Energy
 
更新日期: 2021-12-22 文章分類: 學術新聞 瀏覽人次: 1399