太阳能见新天 港研发电效能升

支志明的研究团队将激发态寿命延长几千倍。

自踏入工业时代起，由烧煤炭，到石油、天然气，以至水力、风力、核能等，人类一直在寻找更好的能源，当中涉及大量重要科学研究和发明创造。香港大学合成化学国家重点实验室主任支志明所带领的973研究项目“金属配合物激发态的基础与应用研究”，就围绕化学物质吸收太阳光下的“激发态（Excited state）”，引申出相关的光电转换及光催化研究，并期望以太阳能作为能源和环境问题的最终解决方案。近日，研究团队成功做到每个光子有一半机会可将化学分子变成激发态，而于常温的激发态寿命，更由现时百万分之一秒，延长数千倍时间至千分之五秒，令光能有更多时间、更大机会转化为电力，为未来的太阳能发电作出极重要的突破。

支志明表示，研究中的金属配合物，即带金属的化合物，被视为具能更佳接收光的特性（见另稿），于日常生活很常见，包括植物产生光合作用必须的叶绿素，当中亦有镁元素。而“激发态”简单而言，即在吸收光后带高能量的状态。

他进一步解释说，项目的目的正是更有效利用太阳能，“研究的中心思想围绕能源和环境，这是任何地方都面对的问题，有了干净能源，就有干净环境。怎样才算是干净能源呢？最重要是无废热、无污染，太阳能就最好了”。

　　晒瞬“冷却” 难有效储能

因应转化太阳能有待克服问题，支志明提出三大困难，首先就是不能有效储存能量。举个例子，当把手放在太阳下照晒，手的分子会吸收光，变成激发态，但它只能感受到热力，而无法控制如何运用这来自太阳的能量，他形容说：“这样就没有作用，最终变回常态。”

此外，能源的稳定性也很重要。现时太阳光照射下来，一直在产生激发态，吸收光后，能量又瞬间下跌，变成“只有热，没有用”。所以，支志明团队的其中一个研究方向，就是要更有效掌握激发态的运作，从而将太阳的光能转化，并让有关能源能予以应用，“但难度就在于它要能够大量吸收，如果几百万个光子只能吸收几个，也是没有用的”。

　　激发态短命 “做啥都不灵”

当中最关键的难题就是，激发态太“短命”，一般只以十亿分之一秒单位。支志明形容“寿命短，就做咩都唔灵！”他表示，激发态能带很高能量，氧化能力可媲美氧化剂，还原能力和金属原子相近，但要将之应用，例如转换为电力，必须经过传递，“这些牵涉第二种物体，一定要让他们有时间走在一起”。虽然至上世纪末，激发态的寿命已被改良至百万分之一秒，时间已经长了很多，但支志明坦言那始终很难有效利用。而那亦是现时太阳能转化为电力效率较低的原因之一。

所以，延长激发态的寿命就是支志明团队的重要课题，而有关973项目开展不足一年，已作出重要突破，“现时我们做到常温里5x10^（-3）秒（即千分之五秒），比之前多了超过几千倍，而且我们一个光子有50%可变激发态”。有关激发态的稳定度及所延长寿命的成果，对未来以更有效的化学材料进行太阳能转化踏出重大一步，支志明更信心十足地表示：“我相信这会是一个成功的项目。”