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全球再生能源重大突破!中山大跨國研發氧化石墨烯黏土

氧化石墨烯黏土可塑形成任意形狀的電極。圖/中山大學提供
氧化石墨烯黏土可塑形成任意形狀的電極。圖/中山大學提供

中山大學化學系副教授陳軍互帶領博士生張仁懷,與美國西北大學材料工程系Prof. Jiaxing Huang研究團隊,合作開發尖端奈米材料「石墨烯graphene」,歷時半年成功研發出高度濃縮的嶄新產物「氧化石墨烯黏土」,為綠能產業材料石墨烯商品的加工與儲存運輸帶來便利性,並能降低石墨烯材料運輸成本至原本的1/500。這項全球再生能源的重大突破,榮登國際頂尖期刊「自然通訊Nature Communications」。

陳軍互表示,近年再生能源的電催化技術,是全球對抗極端氣候的重要科學議題,電催化電極或電池元件更是其中必要的成功關鍵,當前手法大多是透過石墨烯液體或膠體塗佈到載體上來進行,但因為缺乏自我支撐力,很多科技上的理想結構到了實際生產上,面臨既困難又繁雜的窘境。大部份石墨烯研究與產品的關鍵原料氧化石墨烯也是如此,由於此材料的化學特性,當前大多採用低濃度氧化石墨烯溶液為主要原料,但如此低濃度的溶液(99.9%重量皆為溶液,氧化石墨烯僅占0.1%),會在產業化長途運送、特別是跨國輸送與儲存過程中產生極大成本,這也是石墨烯技術普及化的一大瓶頸。

陳軍互指出,「氧化石墨烯黏土graphene oxide dough」可以高度延展,且能自由重複塑形,就像一般孩童的黏土玩具。氧化石墨烯黏土單純由氧化石墨烯與水組成,不含任何有機溶劑或化學黏合劑,相較於石墨烯固態粉體,更能保存石墨烯的優異特性。該材料不但具有黏著性,可隨意黏接,又能自行維持3D結構,解決了當前科技遭遇到的困境。例如1公斤的氧化石墨烯黏土,可以轉化成500公斤的上述水溶液原料(1 mg/mL),將運輸成本降低至原來的1/500,同時體積也大幅縮小,增加了跨國運送的安全性。

陳軍互解釋,石墨烯黏土內的水分子可簡單地透過加熱去除 ,保有電催化劑活性不受黏著劑的干擾影響,使其成為再生能源與電化學研究的一大利器。這項突破性的研究成果結合台美雙邊電化學專長與石墨烯材料技術,目前已被國際科技媒體廣泛報導。這次跨國研究重要推手Prof. Jiaxing Huang 為全球頂尖知名的石墨烯材料學者。

俄裔物理學者蓋姆與諾沃肖洛夫,因為石墨烯研究獲得2010年諾貝爾物理獎。中山大學校長鄭英耀表示,團隊期許此合作研究後續,能為台灣再生能源發展與石墨烯技術,提供一國際領先的技術平台。

中山大學團隊化學系副教授陳軍互(右)與博士生張仁懷(左),跨國研發綠能材料「氧化石墨烯黏土」,能降低石墨烯材料運輸成本至原本的1/500。圖/中山大學提供
中山大學團隊化學系副教授陳軍互(右)與博士生張仁懷(左),跨國研發綠能材料「氧化石墨烯黏土」,能降低石墨烯材料運輸成本至原本的1/500。圖/中山大學提供

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