氨除了為現代社會不可缺乏的重要資源,更被視為能源轉型社會不可或缺的重要
能源載體或是燃料。然而隨著全球能源及環境保護議題越發重要,降低碳足跡成
為全球社會的重要課題。儘管大氣中氮氣含量高達78% 但其高穩定性及高解離能
造就傳統哈伯法工業製氨需要耗費大量能源及產生大量的碳排放更需要許多貴金
屬催化劑。因此近年許多研究團隊朝向電化學氮還原技術發展,該技術可實現在
常溫常壓下進行氨轉化,更被視為取代哈伯法的重要技術。然而貴金屬催化劑的
取得及成本也是傳統哈伯法的痛點之一,許多團隊認為過渡金屬硫族化合物是取
代貴金屬催化劑的重要材料,因其特殊的結構、可調帶隙除被應用在催化領域,
更被視為半導體工業重要的明星材料。雖然過渡金屬硫族化合物具有良好的催化
性質但其反應位點僅存在在邊緣,儘管許多相關的表面改質技術但往往成效不
彰。透過原子級的修飾,非對稱性過渡金屬硫族化合物(Janus structure) 於 20
17 年成功以人工合成方式將過渡金屬原子一側的硫原子取代為硒原子,因其對鏡
像垂直對稱的破壞使材料獲得許多原先不存在的物理性質,如強 Rashba 自旋和
壓電性等。本技術成功合成立體前瞻半導體材料,非對稱性過渡金屬硫族化合物
——硫硒化鎢,不僅為台灣半導體工業譜出新的一章,本團隊更將其應用至新興
電化學氮還原技術獲得高選擇性及高法拉第效率之氨轉化結果,因兩側元素電負
度差異使得 D 帶中心更接近費米能階可使表面氮氣吸附能力增加,進而達成高催
化效率的目的。本技術透過團隊原先擁有的過渡金屬硫族化合物三維化技術進行
表面修飾後成功獲得的非對稱過渡金屬硫族化合物並經由掃描式電子顯微鏡、穿
隧式電子顯微鏡、化學能譜儀及拉曼光譜技術確認完成電極製備,再透過電化學
工作站進行氮還原行為產生氨,經由紫外線/可見光分光光譜儀可知道本技術在 -
0.3 V 的電勢能下具有高達 35.24% 的法拉第效率也未發現有副反應產生。目前僅
透過氮氣進行還原證明該技術的穩定性及可行性,未來該技術將拓展至含氮廢水
之還原將其轉化為氨。