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有水有光，然後有了能源──中大化學家求索潔淨燃料
全球正為尋求潔淨能源而努力，化學系余濟美教授的研究朝這目標邁進了一大步。余教授與其研究團隊發現，只需將水暴露於陽光下，即可產生能源。
關鍵的成分是紅磷，這是磷的三種形體中最穩定和常見的。在陽光底下，紅磷可將水分解，產生氣泡狀的氫──一種潔淨燃料。
這令紅磷成為全世界最簡單的光催化劑，「簡單就是美，」余教授說：「這元素藏量豐富，取之不竭。」
光催化劑的運作，就如葉綠素之於植物，它吸收光的能源，產生化學反應；光催化作用純粹就是一種人工的光合作用。
可用作光催化劑的材料，沒有數千也有數百種，但大都是重金屬氧化合物，昂貴且製造過程複雜，常要用上稀有元素來提高效能。
因此化學家一直尋求有相同功能的單一元素。磷佔地殼總量的千分之一，即有以千億噸計的磷，提取也算容易。
白磷是化學學生較熟悉的形體，極不穩定又危險，會於空氣中燃燒，須儲存於油中。黑磷跟紅磷一樣，非常穩定，但製造黑磷極之昂貴，因所需的結晶過程甚難進行。
紅磷是大量生產的常用物料，可用作阻燃劑，就是火柴頭帶紅色的成分。它亦可用於防火物料和煙花。
余教授自1995年起一直致力於研究物料的環境應用，至最近始和其博士生王鋒將焦點放在紅磷。他們檢驗了大量可用作半導體的元素，這是可充當光催化劑的先決條件。
這番檢驗的主要發現是紅磷也可用作半導體，這是研究人員從未留意的特性。傳統的看法是紅磷只可用作絕緣體。
余濟美教授對此大感驚訝，他和學生再三檢視這結果。
「這發現令人振奮，我們很意外原來磷也有光催化的特性，」余教授說：「過往從沒發現有單一元素具此特性，原來就這麽簡單。」
余教授接着與一位專於理論計算的同事合作，了解該元素為何可用作光催化劑，又如何運作。現時余教授和他的團隊正檢視紅磷的各種結晶體結構，因為不同的結晶體在產生氫時會有不同效果。
日本科學家藤嶋昭最早研究將氫從水中分解，他發現二氧化鈦可產生氫，這研究成果於1972年的《自然》期刊刊登。但二氧化鈦比紅磷更難製造，並需要紫外光將水分子分解。而日常的陽光中，只有約百分之四為紫外光，因此二氧化鈦得配合人工光源始能有效。
對比之下，紅磷可在天然陽光的整個光譜中運作，用作製造潔淨能源最理想不過。陽光發揮輻照源的功用，刺激催化劑，引起化學反應。
余教授的水分解過程於室溫進行，由磷將水的元素（即氫和氧）拆解。氫的燃料容量甚高，即較其他化學燃料產生更多的能量。與石油類燃料不同，這燃料燃燒時不會產生溫室氣體等副產品，化學反應結束後，餘下的只有水。
余教授的研究獲同儕公認為全球最具開創性之一，他獲選為路透社「2014世界最具影響力科學家」，並入選過去十一年材料科學領域中「最高引用率研究人員」，即在該段時間其論文獲引用最多的首百分之一的學者。
要用紅磷來製造工商業用能源，還有一段日子。因為這材料不及傳統的光催化劑有效，所製造的氫分量也不多。
化石燃料獲廣泛應用，使大家忽略了需要投放資源，發展光催化技術至商業規模。即使傳統的太陽能也更為有效，但當大家都留意到傳統燃料對環境的破壞時，便可能改變思維。
得到余教授的啟發，研究團隊的另一成員亦發現一種採用其他元素以從水中產生氫的方法。副研究員劉崗博士現於瀋陽的金屬研究所從事相關研究。
「最終目標是發現到環保的方法，製造潔淨能源。」余教授說：「我們希望提供一些可行的解決方案。」
本文出自《中大通訊》第444期（2014年10月）