■而我們的太陽發射出來的各種光線之中，最強烈的是紅色至紫色的可見光。 資料圖片這幾天不時下起滂沱大雨，不禁又令人想起地球氣候變化這個不再新鮮但還未解決的問題。氣候轉變，與地球大氣層的成分有關（比如說二氧化碳太多了）；而大氣中二氧化碳的多寡，又與我們如何運用能量、使用何種能源有關。今天就跟各位分享一下近日一個有關綠色能源的新發展。
氫氣易燃又乾淨 如何製造成問題
顧名思義，「綠色能源」就是指對環境影響較少的能量來源，而二氧化碳排放的多寡，明顯是其中一個很重要的因素。平日我們放進氫氣球中的氫氣，就是綠色能源的一個很好的例子。這個元素周期表中最輕最簡單的元素極易燃燒，繼而釋放出蘊藏於其中的化學能；而且氫氣燃燒，會與空氣中的氧氣結合變成水，因此對環境不會帶來太大的影響。不過下一個很自然的問題就是：哪裏來這麼多氫氣供我們使用？哪裏來有效的方法去製造這些氫氣？
假如我們要動用其他不太「綠色」的能源去製造氫氣這種綠色能源，我們當然是在浪費時間；幸好我們一直有一個不錯的、穩定的選擇：太陽。
我們可以利用太陽能電池去將太陽能轉化成電能，然後再使用這些電能進行電解，將水分解成氫氣和氧氣。可惜的是這個方法的效能暫時還不夠高。
鈦酸鍶新成果 提高產氫效能
另一個方法就是運用所謂的光觸媒（photocatalyst），而近日大家或許已聽聞過的「光觸媒口罩」也是應用了類似的原理。常見的光觸媒大多由半導體造成；這些光觸媒物料被光線照射後，物料中帶負電荷的電子會吸收這些光線的能量，變得可以在物料中自由「流動」。
這些走開了的電子同時也會在物料中留下一些「空洞」，而這些「空洞」也不會固定於物料中的特定位置，而是儼如另一種帶正電荷的粒子一般在光觸媒中移動。
這些四處走動的電子在接觸水分的時候，就會催動氫氣的產生；同樣原理，帶正電荷的「空洞」就會加速氧氣的形成。
日本信州大學的高田剛和他的研究夥伴就以鈦酸鍶（strontium titanate，化學式 SrTiO3）這種光觸媒為研究對象。其實早在上世紀七八十年代時，研究團隊中的堂免一成就已發表了有關鈦酸鍶的研究成果，而最近他們再更進一步，大大提升了鈦酸鍶利用太陽能製造氫氣的效能：以前效能不高，其中一個主要原因是那些四處移動的電子和「空洞」會重新相遇和結合，回到物料原來的狀態，因而無法催動氫氣、氧氣的形成。
高田剛的團隊運用了不同的方法去減少這些「重新結合」的現象：例如盡量把鈦酸鍶造成更均勻的晶體，以免物料中不均勻的地方會成為電子及「空洞」聚集而重新結合的地方；電子催生氫氣及「空洞」產生氧氣的地方也盡量分開，減低兩者在移動途中相遇的機會。憑藉這些努力，高田剛的團隊達到了96%的高效能，也就是照射到他們光觸媒物料的光線的能量中，有96%可以用來生產氫氣。
不過我們的任務還未完成：鈦酸鍶其實主要吸收紫外線，而我們的太陽發射出來的各種光線之中，最強烈的是紅色至紫色的可見光。
高田剛的成果證明了達至高效能的可能性，今後就是研究如何應用於可見光的範圍之上了。■張文彥 香港大學理學院講師
短暫任職見習土木工程師後，決定追隨對科學的興趣，在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位，修讀理論粒子物理。現任香港大學理學院講師，教授基礎科學及通識課程，不時參與科學普及與知識交流活動。