史丹福大學華裔學者鄭曉琳,指導研發潔淨氫能源技術,將大為改善氫能源製造成本。史丹福官網
史丹福大學華裔學者鄭曉琳,指導研發潔淨氫能源技術,將大為改善氫能源製造成本。史丹福官網

(本報記者王慶偉史丹福報道)
史丹福大學華裔學者鄭曉琳(Xiaolin Zheng)率領的團隊,研發出水分解技術,使得研發潔淨能源中最重要的氫燃料(Hydrogen Fuel)利用向前邁進一步。氫燃料是尋求清潔代替能源方面最受歡迎的領域,因為氫燃料在燃燒時可以釋放出大量能量,並有一個好處:燃燒氫氣的主要副產品是純淨的水,沒有任何污染問題。
鄭曉琳曾獲得美國白宮「2008年美國總統青年科技獎」青年科學家殊榮。她於2000年畢業於清華大學熱工程學,在美國普林斯頓大學獲得機械與航空工程博士學位,曾在哈佛大學進行博士後研究,2007年起在史丹福大學擔任助理教授。她成功研發太陽能貼紙,被美國「外交政策」(Foreign Policy)選為年度全球百位用思想塑造世界的思想者(thinker)之一。
鄭曉琳帶領的研發團隊,找出低成本的方法來轉化氫燃料。傳統分解水的技術,需要以催化劑覆蓋的電極帶電插到水中,以得到純淨質量的氫來燃燒。問題在:電極上必須塗上貴重、昂貴的金屬「鉑金」(Platinum)。鉑金的巿場價格約為每克(per gram)29元。
鄭曉琳的研發團隊找出一個解決方案,用合成的方法,將廉價、豐富的金屬硫化物「鉬」(Molybdenum)轉化為強大的電極,用於析氫反應。「鉬」的反應接近或甚至超過鉑的性能,而巿場價格則為每克 40分,和鉑的價格相比,將大大促進及改變氫能源技術。這項研究結果發表在最新一期的 Energy and Environmental Science。
鄭曉琳指導史大研究生辛建世(Xinjian Shi譯音)和團隊,研究科學家已經知道的通過用鈷原子(Cobalt)注入或摻雜金屬,可以改變硫化物電極的性能。辛建世在研發的過程中做了兩個創新。首先想出如何精確控制鈷摻雜到電極中的量。其次,想出如何以這種控方式對整個電極進行摻雜,而不僅僅是在表面進行,如先前許多對硫化物電極所做的研究。鄭曉琳強調:必須讓鈷的濃度恰到好處;鈷太多或太少,性能都會受到影響。
為了實現這個結果,研究團隊使用火焰來氧化鎢金線,將其變成蒸氣,然後冷卻,使氣體冷凝成氧化納米管。然後研究人員使用第二種火焰技術,將納米管注入鈷原子。最後通過在爐中烘培硫來「硫化」摻雜鈷的納米管,最後使整個電極上摻雜鈷的硫化鎢電極。
研發團陶通過這個過程,找到電極中鈷濃度的最佳比例,大約為15%,並創造了以金屬硫化物為基礎的最佳電極性能紀錄,可以用這鈷摻雜二硫化鎢電極來達到鉑的性能。研發團隊目前仍在進行其它金屬硫化物的研究,以找到最接近或超過鉑的電極。