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中山大學光電工程學系助理教授李炫錫近日以硫化錫（SnS）／石墨氮化碳（g-C₃N₄）的奈米結構作為光觸媒將二氧化碳轉化為甲烷（CH₄），在奈米結構光觸媒的研究取得重大進展。他克服了以塊狀硫化錫為基底的光觸媒的侷限性，此項研究結果已於近期刊登於《應用催化B：環境》（Applied Catalysis B: Environmental）期刊中

使用光觸媒轉化二氧化碳的技術歷史最早可以追溯到 1978年。科學和工程師們一直以來致力於開發此項技術，包含設計新材料或改進現有材料。然而，透過該項技術將二氧化碳轉化為燃料的生產效率和產物選擇性，對當代而言仍是一項巨大的挑戰。李炫錫表示此項技術包含奈米結構材料的結合，並以雕刻薄膜技術、簡單的 浸漬法製備出「硫化錫／石墨氮化碳微結構」的奈米複合薄膜。由於硫化錫／石墨氮化碳奈米結構光觸媒表現出100％選擇性甲烷產率，且可以穩定運行超過十小 時。再加上硫化錫／石墨氮化碳微結構間的異質接面形成加乘作用，使得該裝置擁有多種優異表現，包含光吸收率「極佳」、更高的結晶度、透過碳－硫鍵結的高效Z型電荷傳輸（Z-Scheme），以及硫化錫奈米結構表面的良好物理化學性質等。除了將傳統光觸媒的石墨氮化碳與硫化錫結合，在以金屬硫化物為基底的觸媒中，將 二氧化碳轉化為甲烷的產率也最高。

李炫錫指出，相較於其他選擇來說，透過這項方法製備的光觸媒達到了從二氧化碳轉化為甲烷的最高選擇性產率（即100％產率），更克服了二氧化碳還原反應的侷限性。與傳統光觸媒轉化方法相比，硫化錫／石墨氮化碳微結構材料的製備過程簡單、安全且環保，能將二氧化碳轉化為穩定性高且可回收的甲烷。在當今全球暖化與環境劇變的情境下，期望能藉此減少大氣中的二氧化碳含量，同時提供人們日常生活中潔淨且可再生的燃料。若此項技術能廣泛運用在工業中，將有機會成為減少碳排與實現環保能源可行的解決方案，並為聯合國永續發展目標（Sustainable Development Goals, SDGs）貢獻一分心力。

李炫錫也表示，本研究能加深相關領域對奈米結構光觸媒，以及高效率二氧化碳轉化反應系統的理解。在光觸媒轉化領域中，使用硫化錫／石墨氮化碳奈米結構的光 觸媒在薄膜型光觸媒和金屬硫化物／石墨氮化碳複合基光觸媒兩大類型中的產率最高；這項新研究未來也可應用於轉化工業排放的二氧化碳，為解決環境問題提供有 效解方。未來，研究團隊也將持續開發雕刻薄膜技術的相關研究，改善二氧化錫半導體的本質特性，並嘗試提升入射太陽能的最佳量子效率。

新聞來源
中山新聞（2023年2月20日）。奈米結構光觸媒成減碳解方 中山大學研究登國際頂尖期刊。中山新聞。http://bit.ly/3YUhPTt