文／劉姿佑　圖片提供／成大材料系特聘教授丁志明
 
國立成功大學材料科學及工程學系特聘教授丁志明研究團隊，發揮高熵材料研究專長，將常見的食品添加物「甘油」淬煉成新穎高熵甘油酸材料，提升潔淨能源電解水之中關鍵陰極的催化效果，此一突破性研究成果1月27日發表在國際頂尖期刊《Advanced Science》。
 
「高熵材料迷人之處在於它本質上有無限多種可能組合」，應用在合金、陶瓷等領域，一再突破原有材料應用瓶頸，十分具有開創性。丁志明形容，研究高熵材料「有如走在羅馬街道，轉個彎就能看到藝術品，驚喜連連」。
 
以材料結晶結構而言，丁志明指出，甘油酸鋅符合電解水中關鍵陰極所需的催化劑條件。團隊採用鐵、鈷、鎳、銅、錳具有催化效應的金屬取代鋅，以甘油酸為基底，成功製造出含一元金屬到五元金屬的催化劑。
 
丁志明表示，實驗證實使用越多的金屬元素取代鋅不但產生協同作用（synergistic effect），發揮金屬元素互補與加乘效應，更重要的是，催化劑結構亂度隨之升高，進一步提升電解水的效能。
 

成大研發新穎高熵甘油酸材料提升電解水效能
 
高熵材料以高熵合金、高熵陶瓷為研究大宗，高熵高分子應用則是待琢磨的璞玉領域，尚待後進研究深入挖掘其驚豔風華。大約一年前，丁志明開始研究高熵高分子，特別是配位高分子，從中瞭解甘油酸鋅是一種常見的配位高分子。
 
「一般人對配位高分子也許比較陌生，但是使用膳食補充劑的人應該會注意到甘油酸鋅，它是一種常見的鋅元素補充劑」。
 
不同於一般人對食品添加物的想像，材料學者丁志明從材料結構發現某些添加物有其特殊的組合樣貌，運用高熵材料混合多種金屬元素開創全新材料特性的優勢，丁志明團隊研發出含有5種金屬的新穎高熵甘油酸材料，把食品添加劑變成提升電解水陰極用的高效催化劑，驗證高熵材料有助發展潔淨能源的關鍵應用技術。
 
電解水裂解產生氫，其電力來源可依靠太陽能、風力等再生能源，原料則是占地球面積70%以上的水，是最潔淨的能源生產方案。地球暖化劇烈，氫能是替代石化能源方案中，極具發展潛力的綠色能源，如何提升電解水裂解產生氫的轉換效率與降低價格，是當前科學家熱門研究議題。
 

成大材料丁志明教授研究高熵材料，驚喜連連
 
對於研究成果，丁志明笑稱「這是食品添加劑與潔淨能源的距離」。材料人用對材料結構的敏感嗅覺與高熵材料獨特迷人的魔性，發現一新穎高熵材料應用之重大突破，呼應聯合國永續發展目標( Sustainable Development Goals, SDGs)第七項「人人負擔得起的潔淨能源（Affordable and Clean Energy）」，開啟電解水裂解產生氫的嶄新局面，為當前全球「潔淨與永續能源」重要議題貢獻專業學術能量。
 
《Advanced Science》由德國Wiley-VCH出版，內容涵蓋材料科學、物理、化學、醫學和生命科學以及工程學方面的基礎和應用研究，是促進跨學科科學知識廣泛交流的開放取用（open access, OA）期刊，具優質影響力。
 
◎前往閱讀：A New High Entropy Glycerate for High Performance Oxygen Evolution Reaction.　https://doi.org/10.1002/advs.202002446
 
維護單位: 新聞中心
更新日期: 2021-01-29