劉武漢、蕭威典、鍾博旻 / 工研院材化所
【前言】
第32屆國際光化學會議(The 32nd International Conference on Photochemistry; ICP 2025)相關議題涵蓋量子計算原理與製程簡介，以及光化學能量轉換與氫能相關技術(Hydrogen Technology)之發展，為能源儲存與即時供應提供新策略。會中亦探討有機薄膜製備技術與再生能源應用，並結合燃料電池系統，作為具可攜性與可調度之氫能來源。
在光電化學(Photoelectrochemical; PEC)水分解方面，太陽能分解水製氫技術持續發展，其中α-Fe2O3光陽極被視為具低成本潛力之候選材料，並著重於界面反應效率之優化。此外，光電化學催化除製氫外，亦應用於有機污染物降解(Degradation of Organic Pollutants)與CO2還原等反應。在溶液相反應系統中，多採用均質光觸媒(Homogeneous Photocatalyst)，以促進分子層級之反應接觸與能量轉移效率；例如有別於傳統白色TiO2 (W-TiO2)材料，富含氧空位之黑色TiO2 (B-TiO2)展現高效率可見光光催化之潛力。開發配製的氧化鋁與氧化鋅(Al2O3-ZnO)複合系列粉體材料，並以火焰熔射(Flame Spraying)可以形成噴塗鍍膜材料，且具有異質光觸媒(Heterogeneous Photocatalyst)奈米薄板簇狀結構。
【內文精選】
■ Exploring Al2O3-ZnO Composite Coatings as Photocatalysts: A Novel Approach Using Thermal Spraying Technique
對於摻雜氧化鋁(Al2O3)的氧化鋅(ZnO)材料，已知在直接太陽光照射下具有催化活性，並被認為是最具潛力的綠色環境應用光催化劑之一。然而，異質光催化劑的性能高度依賴於其在與有機污染物反應時所暴露出的晶體面。
在本研究中，由Al2O3與AZO（摻雜3 wt.% Al2O3的ZnO）粉末所構成的複合塗層，以熱噴塗技術沉積於304不鏽鋼基材上（表一）。觀察到具有階層式奈米結構的形貌，其中包含了薄片狀結構，此結構在火焰噴塗中並不常見，並伴隨典型的鬍鬚狀結構。此種形貌歸因於高濃度的Al2O3濺射物，它們在噴塗過程中作為奈米模板，促使AZO薄片附著於微粒表面。
▼表一、塗層樣品與空白樣品
■ How Rare Is HIGHrISC Behavior in Organic Chromophores？
所謂HIGHrISC（亦稱Hot Exciton Process），係指高能三重態(Tn)可經由反向系間轉換(rISC)直接回到單重態(S₁)的現象。此一機制在OLED領域具有重要意義，因其可促進三重態激子有效轉換為可發光之單重態（圖十三）。這一過程引起了OLED領域的關注，因為它可能將電子-電洞復合所生成的三重態激子轉換成光。
傳統上，反向系間轉換主要由最低三重態(T₁)主導，並受限於與單重態(S₁)之間的能隙及較弱的自旋軌道耦合，且整體過程通常遵循Kasha定則，即激發態會迅速弛豫至最低激發態後，再參與發光或能量轉移。然而，HIGHrISC行為顯示高能三重態亦可參與激發態轉換，突破傳統僅由T₁主導之機制。
雖然Kasha定則預測激發態將迅速轉移至最低能階，部分研究仍觀察到高能三重態參與轉換之現象。
作者們的研究團隊已廣泛研究了芳香族羰基化合物，如天然的生物活性多酚化合物—氧雜蔥酮，俗稱山酮(Xanthones)、噻噸酮(Thioxanthone)與吖啶酮(Acridone)之HIGHrISC行為。本文展示基於直接激發與敏化激發(Sensitized Excitation)（圖十三）的實驗證據，並輔以相關的量子化學計算結果。作者們也總結最佳化發色團以促進HIGHrISC的研究方法。最後提出一些---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。