第一章 前言
1-1 研究背景
人類發展歷史中，隨著文明的演進，科技日新月新，能源使用的 量也大幅提升。於二十世紀初開始，石油的應用趨於廣泛，很快成為 主要的能源供給，石化燃料成為現今支配全球能源使用中最重要的來 源。但近幾年來，國際原油價格持續攀升，地球所蘊藏的石油有朝一 日終究會消耗殆盡，石油短缺已逐漸成為不可忽視的議題，而尋找替 代能源取代石化燃料已成為目前科學家研究之主流。而這些石化燃料 的大量使用也影響著地球的自然環境，由於二氧化碳的大量排放所產 生的溫室效應，使得地球氣候異常改變，造成全球暖化、兩極冰川融 化使得海帄面的上升、許多物種瀕臨滅絕等重大環境影響。因此，尋 找潔淨的替代能源與再生能源的發展，以及二氧化碳的減量方法似乎 成為各國政府與科學家研究之主軸。
潔淨的替代能源以低汙染、低二氧化碳排放、低成本以及能源轉
換效率高為發展主軸。其中以燃料電池、太陽能電池、風力發電等研 究最受科學家們高度重視。燃料電池的來源為氫氣，氫氣為零污染環 境的燃料，其陽極產生氫氣氧化反應；陰極產生氧氣還原化學反應提 供電能，其最終產物為水，為目前替代能源中極具發展潛力的一環。
然而追朔燃料電池發展是由十九世紀 William Grove 發明，至今已一
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個世紀的歷史，但是由於價格昂貴、能源轉換率低等因素限制其發展，
使得降低成本成為目前燃料電池研究領域中極為重要的一環。而在鹼 性燃料電池系統中，其催化劑受腐蝕的程度較低，因此可使用非鉑系 觸媒來替代，使得成本有效的降低。
因此，本篇研究的目的為利用非鉑系觸媒應用於鹼性燃料電池 系統中探討陰極氧氣還原反應，並更進一步研究非鉑系觸媒之催化活 性。
1-2 研究動機
鹼性燃料電池為目前燃料電池系統中能源轉換效率最高的 (55
－60%)，且氧氣還原反應速率於鹼性條件下較酸性環境迅速，也由 於電解液為鹼性環境，金屬的腐蝕速度相較於酸性溶液下大幅降低許 多。因此，可以使用非鉑系催化劑來取代高價的貴重金屬催化劑，例 如以銀、鎳、鈣鈦礦氧化物、氧化鈷錳等催化劑取代白金觸媒，已達 降低成本的目的。
本篇研究為發展非鉑系觸媒應用於鹼性燃料電池系統中氧氣還 原反應之研究，分為三個主軸進行。第一部分為探討不同 Ru 比例的 鈣鈦礦氧化物 (La0.6Ca0.4Co1-xRuxO3)做為雙效性觸媒之研究，接下來 探討不同深寬比之棒狀奈米銀觸媒其氧氣還原反應之催化活性，最後 研究合成正方體奈米銀結構，進一步探討奈米結構型狀對於氧氣還原
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反應之影響。
首先先以固態燒結法合成不同 Ru 比例之鈣鈦礦氧化物
(La0.6Ca0.4Co1-xRuxO3)，研究在不同 Ru 比例之觸媒對於氧氣還原與氧 氣生成反應之影響，探討其做為雙效性觸媒應用於空氣燃料電池之催 化活性。
此外，銀系觸媒在鹼性燃料系統中對氧氣還原反應之影響已於文 獻中大幅被報導，文獻中指出銀系觸媒對於氧氣還原反應有不錯的催 化活性，且相較於高價的貴重金屬(例：鉑)其成本較低。此研究的目 的在於合成不同形狀的奈米銀顆粒探討其在鹼性電解液條件下對於 氧氣還原反應的影響。由於不同的奈米結構有其獨特的特性，例如在 電學、光學、生物標記、催化特性方面等，而目前文獻較少研究探討 關於特殊的銀奈米結構觸媒應用於氧氣還原反應中之影響，因此本篇 研究發展合成不同深寬比的棒狀結構與立方體形狀的奈米銀顆粒為 催化劑，應用於鹼性燃料電池氧氣還原反應中，進一步探討奈米結構 對於催化活性之影響。
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