【記者 王雯玲／高雄 報導】二氧化碳轉化能源再突破！國立中山大學光電工程學系副教授李炫錫研究團隊研發新型光觸媒技術，精確調控合成出Z型異質結構，可高效將二氧化碳轉化為一氧化碳，並同時達減碳與產出再生能源雙重功效。此項光觸媒技術大幅降低材料成本，二氧化碳捕獲能力與電荷轉移效率100%，可望有效減緩碳排與全球暖化問題。研究成果登上國際知名頂尖期刊「化學工程」（Chemical Engineering Journal）。
▲國立中山大學光電工程學系副教授李炫錫（第一排右四）與其實驗室研究團隊。
中山大學光電系副教授李炫錫指出，以光催化二氧化碳還原反應，被視為是解決能源危機與減緩氣候變遷的關鍵技術。提升光觸媒轉化效率的三大核心要素包括光吸收效率、電荷分離效率及表面氧化還原反應效率；而Z型異質結構因能強化電荷分離效率與表面氧化還原反應效率，成為近十年的研究焦點。過去研究嘗試透過介面缺陷、化學鍵結異質介面、電子自旋極化，及誘導微應變等方式提升介面電荷傳輸，但本次研究發現，若能同時導入介面工程、加上非對稱金屬配位中心，可使介面電荷遷移最佳化，並有效調控二氧化碳與中間體的吸附強度。
李炫錫團隊研發的催化劑克服了二氧化碳還原反應的限制，首次成功導入限制在硫化鋅銦（ZnIn2S4）-xNy單層材料中的非對稱鋅硫化氮（Zn-N1S3）配位，突破本身僅具對稱金屬配位、電荷再分佈能力有限的先天缺點。
研究團隊利用輔助水熱法將ZnIn2S4–xNy單層光觸媒與超薄苯功能化晶體石墨氮化碳（g-C3N4）奈米片耦合，製備出具化學鍵結的Z型異質結構奈米片複合材料，提供低阻抗的電荷傳輸路徑，其一氧化碳生成速率優於以石墨氮化碳為基底與以硫化鋅銦為基底的光觸媒。與其他已知的光觸媒相比，所製備的2D／2D奈米片光觸媒對二氧化碳生成一氧化碳的選擇性高達100%，產率最高，顯現出卓越的二氧化碳還原表現與穩定性，有助於進一步推動光觸媒二氧化碳轉化技術的實用性與高效應用。
展望未來，李炫錫表示，團隊亦可將所開發的非對稱活性配位工程技術應用於其他材料的不同催化轉化上，也將持續研究各種有前景的材料和結構設計。研究團隊將尋求更進一步提高光觸媒性能的方法，使其能夠實際應用、易於整合到現有基礎設施中，甚至是工業級應用上。
共同作者還包括中山大學光電系Hossam A.E. Omr、國立陽明交通大學應用化學系Raghunath Putikam與講座教授林明璋、中央研究院原子與分子科學研究所Mahmoud Kamal Hussien、國立臺灣大學凝態科學研究中心Amr Sabbah、Tsai-Yu Lin及研究員陳貴賢、物理學系講座教授林麗瓊、新穎材料原子級科學研究中心副研究員吳恆良，及香港城市大學系統工程學系教授馮憲平等跨校跨域研究人員。
期刊連結：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725116112
【註】「化學工程」為國際知名頂尖期刊，其2024年學術期刊影響力為13.2。在工程環境類別中，按期刊影響因子（Journal Impact Factor）與期刊引用指標（Journal Citation Indicator），在83個期刊中均排名第3。（圖／記者王雯玲翻攝）
