说起藤岛昭,可能大家都不认识。但说起光催化,相信环保领域的各位朋友们一点都不陌生。

藤岛昭,国际著名光化学科学家,光催化现象发现者,多次获得诺贝尔奖提名,因发现了二氧化钛单晶表面在紫外光照射下水的光分解现象,即“本多- 藤岛效应”(Honda-Fujishima Effect),开创了光催化研究的新篇章。

藤岛昭博士

藤岛昭博士虽然是日本人,但他与中国的关系十分密切,这种密切的关系体现在3 个方面:交流合作、培养人才、学习文化。 国内光化学界更是流传着关于藤岛昭博士“一门三院士,桃李满天下”的佳话。其指导过的中国学生包括:刘忠范(中国科学院院士,现任北京大学化学与分子工程学院“纳米 科技岗位”长江特聘教授)、姚建年(中国科学院院士、现任国家自然科学基金委员会副主任)、江雷(中国科学院院士,国家纳米中心首席科学家、国科大未来技术学院 院长)。

藤岛昭博士的光催化研究之路

1967 年,硕士一年级的藤岛昭在日本东京大学师从本多健一教授学习应用化学。之前在巴黎大学留学的本多健一教授,认为把银放入酸性溶液中再照射紫外线产生电动势这一现 象即“光贝克勒耳效果”很有趣,他鼓励藤岛昭以此为主题开始进行研究。

于是,藤岛昭持续进行了以氧化锌、硫化镉等半导体物质为中心的试验,但这些物质的单晶体只要一受到光的照射,表面就会变得很粗糙并且会熔化,试验就这样一次次以失败而 告终。

就在他到处寻找能适应光照射的新半导体时,发现隔壁研究室的前辈饭田武阳扬教授在使用静电复印机做研究时使用了二氧化钛的单晶体。二氧化钛的晶体是无色透明的,不溶于 酸碱,在化学性质方面是一种稳定的材料。于是,藤岛昭期待着二氧化钛能像氧化锌和硫化镉一样产生光的反应效果。为了得到二氧化钛的单晶体,他通过前辈请教了在神户公司 制造厂的中住水晶先生,并鼓起勇气给神户公司的中住让秀社长写了信,之后得以直接与他会面并得到了二氧化钛的单晶体。“这可能是我研究生涯中最大的幸事!”藤岛昭说。

然而得到了二氧化钛的单晶体,还是不能马上通过普通的方法着手实验。二氧化钛的单晶体非常坚硬,将它切开是一件很困难的事情。他从物性研究所借来了东京大学内仅有的一 台钻石切割机,将坚硬的单晶体切薄切断,并且连上了铜线以增强导电性,完成了电极。将这个电极放入电解溶液中,使用500W的氙气灯进行照射,表面就开始“噗噗”地产生 气泡,分析之后得知,水分子在二氧化钛表面被氧化成氧气,而在阴极的金属表面被还原成氢气。硅和锗、氧化锌等受到光照射之后就会熔化,而二氧化钛照射后表面却是闪闪发 光。兴奋之余为了慎重起见,藤岛昭又测量了电极的重量,结果和实验之前完全一样。“当时实验结果出来后,很吃惊,我激动极了。”藤岛昭说。 此后,藤岛昭博士便开始了他漫长而艰辛的文章发表之路,起初于日本国内藤岛昭收受到了很多质疑的声音,其中不乏当时日本国内权威的学者。但后来,藤岛昭博士的成果一经 欧美关注后,反而逆输入了日本国内,突然之间藤岛昭博士受到了极大的关注。

藤岛昭发表的论文,最初的期待是能够在解决能源问题方面作出一点贡献。但是,让业界比较遗憾的是,此项试验反应中,利用紫外灯照射将水分解成氧气和氢气的效率过低,无 法实现规模化和经济性,所以还不具备实用价值,不足以作为新能源使用。虽然在这之后世界上的研究者们对二氧化钛进行改良、代替氧化钨,或者加入其他的东西得到相应的研 究成果,但是效果并不理想。

然而藤岛昭并没有放弃。作为一个重大的转折,他从研究水的分解代替能源转向了水分解强氧化力应用的研究。在随后的实验中,他又发现二氧化钛在吸收太阳光或照明光源等可 见光后,具有很强的氧化性和亲水性,形成强氧化的自由基,能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质,使细菌流失致死,同时还能把细胞尸体释放出的有害复合物分解成无害的 水和二氧化碳。这使得光触媒有着理想的抗菌、空气净化、水净化、防污防霉的能力。世界各国在食品、日常生活用品、化妆品、医药、养殖业等领域中也已广泛应用。

虽然光触媒在作为生成新能源方面的应用没有得到真正发展,但是无心插柳柳成荫,光触媒在环保、空气治理方面的应用却大放异彩,这一特殊的效应在自清洁材料、空气净化等 许多和我们日常生活密切相关的领域得到了广泛应用。

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