作者：化工系 張振昌老師

    在1967年代，當時還是東京大學電化學工程系助理教授本多健一( Kenichi Honda)及其博士班學生的藤鳩昭(Akira Fujishima)在某次試驗中偶然發現發現用二氧化鈦和鉑作為電極放入水裡形成迴路，當用水銀燈照射紫外光，即使不通電，兩個電極上均有氣體產生，再收集氣體分析後，證實在二氧化鈦電極和鉑電極所產生的氣體分別是氧氣和氫氣。此現象即為著名的『Honda-Fujishima Effect』，並於1972 年發表在 (Nature)科學雜誌上。而二氧化鈦就是扮演著光觸媒的角色。

    此發現為能源上之重大突破，利用取之不盡的日光能量與光觸媒將水進行分解，產生氫氣與氧氣，由於氫氣屬潔淨能源；氫氣與氧氣反應釋放出能量後，僅會產生水，水可回收再次使用，為永續能源之最佳典範。所以藤鳩昭(Akira Fujishima)可說是太陽能電解水製氫技術之父。而相關的材料與技術，也開始的了光觸媒的產業。


       圖1：Honda-Fujishima Effect實驗裝置圖

Honda-Fujishima Effect原理
    實驗架構中以單晶二氧化鈦為陽極電極、白金為陰極電極的實驗裝置中，二氧化鈦在特定波長範圍之光激發後，產生電子電洞對，在電場導引下，電子被導引至白金電極，而存在二氧化鈦表面之電洞，移至二氧化鈦表面與水產生氧化反應，將水分解產生氧氣與氫離子，氫離子在白金電極與光激發之電子結合，產生氫氣。

 

      圖2：Honda-Fujishima Effect實驗反應示意圖

發展與應用
      Honda-Fujishima Effect把太陽能電池可以像人造樹葉般運作，將水分解為其成份元素。麻煩的是，相關材料（如二氧化鈦）所吸收的多半是紫外光。受限於這麼狹窄的光譜頻帶，這種程序的效率低得可憐。更動其化學性質固然能使電池得以吸收可見光，卻也使它們不耐腐蝕。格拉茲爾近年開發了一種方法，解決了這令人兩難的取捨問題。他把兩組太陽能電池組合起來，第一組含有三氧化鎢或氧化鐵，用以吸收紫外光。第二組則是他所發明的染料敏化電池，吸收其餘的可見光譜，並提供更多電子而促進光解。英國的氫太陽能公司嘗試將這種方法商業化，並且於一年前宣佈他們已將分解水的效率提升了近10倍。該公司估計，以這種方式製造的氫氣，成本仍然是以天然氣製氫的兩倍左右。不過一旦溫室氣體排放量受到約束，這種方式的競爭力就可能大為提升。你不再需要前往加氣站為燃料電池車補充燃料；自家屋頂上的太陽能板，就是你的專屬加氣站！

圖片參考來源：
圖1：陳俊吉 (2005)。金屬氧化物半導體在可見光分解水製氫之研究。 國立成功大學 ，台南市。
圖2：林宛嫺 (2006)。溶膠凝膠法與固相法合成鉭酸鈉及其應用於紫外光分解水製氫之研究。 國立成功大學，台南市。