分科測驗
108年
化學
第 12 題
📖 題組：
11-12為題組 半導體材料（例如 $TiO_2$）及催化材料受到太陽光激發後，電子會由基態躍遷至高能量的狀態，促使進行氧化還原反應。所以，藉由太陽光提供能量，在半導體材料及催化材料存在下，可以將水轉變為氫氣與氧氣，稱為光催化水分解，其組成如圖 2 所示。太陽光照射電極乙，激發其電子，然後經外電路傳導至電極甲，進而還原電解液中的氫離子，產生氫氣；同時，電極乙則可將水分子氧化產生氧氣。另外，研究發現，降低半導體材料的粒徑和添加其他催化材料，可有效增加光催化水分解效率。
11-12為題組 半導體材料（例如 $TiO_2$）及催化材料受到太陽光激發後，電子會由基態躍遷至高能量的狀態，促使進行氧化還原反應。所以，藉由太陽光提供能量，在半導體材料及催化材料存在下，可以將水轉變為氫氣與氧氣，稱為光催化水分解，其組成如圖 2 所示。太陽光照射電極乙，激發其電子，然後經外電路傳導至電極甲，進而還原電解液中的氫離子，產生氫氣；同時，電極乙則可將水分子氧化產生氧氣。另外，研究發現，降低半導體材料的粒徑和添加其他催化材料，可有效增加光催化水分解效率。
光催化水分解所產生的氫氣，可用於燃料電池，產生電能。已知水的氧化電位和還原電位分別為 $-0.82$ 伏特和 $-0.41$ 伏特，下列有關氫燃料電池的敘述，哪一項正確？
- A 氫燃料電池的產物為水和二氧化碳
- B 氫燃料電池可用充電方式，恢復其電力
- C 電極中添加鉑和鈀可提升電能的產生效率
- D 氫氣和另一個燃料直接混合，即可產生電能
- E 單一的氫燃料電池可以提供約2伏特的電壓
思路引導 VIP
我們來一步步拆解：第一，想想看氫氣與氧氣反應後，會產生什麼物質？第二，如果是作為電池，我們需要燃料與氧化劑穩定地產生電子流動，而不是直接混合引發燃燒，這時候電極裡通常會添加什麼樣的「輔助角色」，來幫助氣體在室溫下順利發生反應呢？