半導體奈米線技術：用陽光分解水分子，高效產氫儲能

亞伯達大學的工程研究團隊正利用陽光與半導體催化劑，將水分子分解為氫氣與氧氣，開創清潔能源新途徑。這項技術採用名為「熱縮聚合反應」的製程，使用廉價且地球含量豐富的材料，有望成為比現有太陽能技術更經濟高效的綠色能源解決方案。

該研究由電機與電腦工程系光催化領域專家Karthik Shankar主導，並與慕尼黑工業大學合作，成果已發表於《美國化學會期刊》。團隊採用尿素衍生的氮化碳材料吸收陽光，激發電子至高能階，形成量子領域中的「電子-電洞對」。

研究關鍵在於利用二氧化鈦催化劑與氮化碳形成「半導體異質接面」，有效阻止電子與電洞重新結合。二氧化鈦同樣是價格低廉且儲量豐富的材料，能與氮化碳的電子反應產生氫氣，同時電洞則與水中的氫氧根離子結合生成氧氣。

相較於現行需透過太陽能板發電再進行電解水的兩階段製程，這項直接利用陽光產氫的技術效率更高、能耗更低。Shankar指出：「傳統方法會產生大量能量損耗，直接光解水製氫顯然更具優勢。」

此技術同時解決了太陽能電池的兩大痛點：首先，垂直排列的奈米線結構能從各個角度捕捉漫射光，即使在陰天也能運作；其次，氫氣作為能源載體，壓縮後具有高能量密度且便於儲存運輸，完美克服電池技術發展遲緩的限制。

現今太陽能板市場85%依賴矽材料，但其製造過程需加熱至2000-3000°C，會產生大量二氧化碳與有害氣體排放。Shankar強調：「雖然矽是地殼中含量第二豐富的元素，但全球75%的商業用矽產自中俄兩國，這對西方國家而言存在供應鏈風險。」

氮化碳材料除成本低廉外，更具備驚人的化學穩定性、機械柔韌性與耐熱性，可承受數百度高溫並抵抗多數酸鹼侵蝕。研究團隊也發現，水泥業與塑膠餐具常用的三聚氰胺可替代氮化碳，甚至能從甲醇中提取氫氣（雖不如水分解環保，但在特定情境下仍具應用價值）。

Shankar樂觀預估，若進展順利，這項技術有望在3至5年內實現大規模商業化應用，為全球能源轉型提供嶄新解決方案。

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