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由中山大學光電工程學系助理教授李炫錫所領導的研究團隊，最近在國際知名期刊《應用催化B：環境》（Applied Catalysis B: Environmental）上發表了一項突破性研究。該研究首度成功開發了利用奈米結構光觸媒，將二氧化碳高效轉化為一氧化碳的技術。這一發現有助於減少碳排放，有望為未來綠色能源和永續發展做出巨大貢獻。
 
在過往光觸媒研究歷程中，硫化錫（SnS）和石墨氮化碳（g-C₃N₄）的組合一直都被認為很有潛力。然而，傳統的光觸媒存在穩定性和效能的限制，難以長期使用。因此近40年來如何設計出高效、具選擇性與長期穩定的光觸媒，仍是一項艱難的挑戰。有鑑於此，由李炫錫率領的研究團隊積極探索新的結構設計和材料組合，期望能提高光觸媒的效能，並實現更高的二氧化碳轉化率。研究團隊在過程中持續改良合成技術， 並改善光觸媒的物理特性，以確保材料在不同條件下都能保持穩定的性能。
 
早在今（2023）年3月發表的研究中，李炫錫就曾使用 硫化錫和石墨氮化碳的奈米結構作為光觸媒，將二氧化碳轉化為甲烷（CH₄），並取得了重大進展，此研究成果同樣刊登於《應用催化B：環境》期刊中。這項研究不僅加深了相關領域對奈米結構光觸媒的理解，還對高效率二氧化碳轉化反應系統提供了寶貴資訊。
 
本次最新發表的關鍵貢獻在於使用了石墨氮化碳和三元金屬硫化物硫化銅錫（Cu₂SnS₃）的奈米結構光觸媒，並利用碳銅（Cu-C）和氮銅（Cu-N）雙鍵結的協同作用，將二氧化碳高效轉化為一氧化碳。通過熱注法，研究團隊成功合成了超薄石墨氮化碳粉末，與硫化銅錫奈米粒子複合材料結合後，則會形成奈米結構材料。這種材料的一氧化碳生產率達到每小時每克18.2μ莫耳數，而在波長為500奈米（nm）的光照下，表觀量子產率（apparent quantum yield, AQY）達到2.2％，為已知的石墨氮化碳／三元金屬硫化物光觸媒材料中最高的生產效率。
 
這項研究的獨特之處在於，新型光觸媒從二氧化碳轉化為一氧化碳的選擇性產率〔註〕達100％，並以環保且簡單的方式實現了高效的二氧化碳轉化。奈米結構光觸媒的優點在於具有高度的穩定性，長時間內能穩定轉化二氧化碳，同時也具有高度的回收性。此技術的應用前景廣泛，若能被工業和相關產業廣泛應用，將對減少碳排放有很大的幫助，協助實現永續環境的目標。
 

〔註〕選擇性產率：一個化學反應有可能同時會生成多種產物，其中希望獲得的產物的產率即為此反應的選擇性產率。此處光觸媒將二氧化碳轉化為一氧化碳的選擇性產率為100％，也代表沒有其他副產物的生成。

 
李炫錫表示，他們將繼續深入研究新材料和結構設計，不斷改良光觸媒系統的效能。這項研究不僅為全球氣候變化問題和環境保護提供了一個具有潛力的解決方案，同時也有望成為未來永續綠色能源的關鍵技術。

 
新聞來源
中山新聞。（2023年9月28日）。全球首發現！中山大學研究：奈米結構光觸媒可減碳。中山新聞。https://news.nsysu.edu.tw/p/406-1120-317160,r2910.php?Lang=zh-tw