凝態(tài)中心林麗瓊研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn) 單層過渡金屬二硫?qū)倩镞呇乜蛇M(jìn)行光催化燃料轉(zhuǎn)換

低維度的光催化材料中，材料本身的平面本質(zhì)缺陷以及邊緣原子對於催化效率有重要的影響，因此對於上述二項(xiàng)的功能性進(jìn)行探討，有助於發(fā)展高效率的光催化材料。從自然界的光合作用中獲得靈感，凝態(tài)中心林麗瓊教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊，同時也是新穎材料原子級科學(xué)研究中心，發(fā)表利用低壓化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)合成的單層二硒化鎢（WSe₂）人工葉子，並藉由調(diào)控合成條件，可以精準(zhǔn)控制二硒化鎢橫向尺寸的成長，並均勻地分布於基板上。若應(yīng)用於光催化二氧化碳還原上，可以轉(zhuǎn)換成甲烷，而轉(zhuǎn)換效率與所合成的WSe₂大小呈現(xiàn)反比，意謂小尺寸的WSe₂具有較佳的催化能力，而內(nèi)部量子效率可以達(dá)到0.23%，電子消耗速率甚至可達(dá)到每個材料邊沿原子3.8 e^- /s。

林麗瓊教授團(tuán)隊希望對於WSe₂尺寸與催化能力的關(guān)聯(lián)作更深的理解，所以對於平面上的本質(zhì)缺陷、原子結(jié)構(gòu)重建以及數(shù)種邊緣結(jié)構(gòu)缺陷作更進(jìn)一步的探討。借助於DFT（密度泛函理論）計算，發(fā)現(xiàn)過渡金屬二硫?qū)倩锏钠矫媸菢O為惰性的，極為困難用於活化二氧化碳分子。但是若在WSe₂材料邊緣選擇性重建原子結(jié)構(gòu)或是結(jié)構(gòu)性缺陷可以具有極佳的CO₂吸附能力。此外，藉由原子力顯微鏡所架構(gòu)的掃描電化學(xué)顯微鏡，可以在奈米尺寸下量測材料的氧化還原性質(zhì)，並在固液介面環(huán)境下量測發(fā)現(xiàn)單層WSe₂在材料邊緣具有優(yōu)異的類金屬特性，因此可以有效的傳遞載子，獲得較佳的催化能力。

本研究在陳貴賢教授、林麗瓊教授指導(dǎo)下，開發(fā)新型的單層過渡金屬二硫?qū)倩镒鳛榉琴F重金屬共催化劑，並應(yīng)用於有線或無線的產(chǎn)氫反應(yīng)或CO₂還原反應(yīng)。並由Mohammad Qorbani博士、Amr Sabbah博士、賴盈任博士、TIGP博士班學(xué)生Septia Kholimatussadiah、Shaham Quadir、黃至揚(yáng)、Indrajit Shown教授、黃逸帆博士、林倫年教授共同完成。

此研究成果已於2022年3月發(fā)表於國際知名科學(xué)期刊Nature Communications：https://www.nature.com/articles/s41467-022-28926-0