銅原子催化系統突破，高選擇性轉化水、二氧化碳為燃料
如何將水、二氧化碳有效轉化為有用燃料，一直是碳中和與能源轉型關鍵挑戰，由國家同步輻射研究中心（國輻中心）、台灣大學凝態中心組成的研究團隊成功開發出精準控制化學反應方向的新型催化系統，可依需求將水、二氧化碳轉化為氫氣或甲烷，展現工業應用潛力。
在電催化領域中，如何讓反應「走向預期方向」一直是科研界難題，以常見銅金屬為例，雖然銅活性佳，但反應過程常同時產生氫氣、甲烷與一氧化碳等多種產物，導致產物分離困難、效率下降，難滿足實際應用需求。
過去常用的貴金屬催化劑雖然效率高，但成本昂貴、反應路徑複雜，不利大規模應用。
國輻中心許瑤真博士、陳琬婷博士、台灣大學凝態中心 Michitoshi Hayashi 博士團隊於是考慮價格低廉且產量豐富的銅元素，在解析銅原子排列方式與反應選擇性關係後，發現不同原子配置就像「能源開關」，只要調控銅原子在石墨相氮化碳（g-C3N4）中的排列，就能引導反應路徑，依需求選擇生成氫氣或甲烷。
團隊解釋，當銅原子「單獨」嵌入石墨相氮化碳，主要催化的是氫氣生成反應；但當 2 個銅原子「成對」嵌入石墨相氮化碳層之間，則會選擇性將二氧化碳轉化為甲烷，效率高達 88%。
許瑤真博士指出，僅僅原子排列的細微差異就能徹底改變催化表現，透過原子級精準設計就能依照需求「切換」反應路徑，使產物完全受控，兼顧高效率與高選擇性，不僅轉化效率優異，更能避免傳統催化反應中產物複雜、難以分離的問題，展現低成本催化劑取代貴金屬可能性。
未來若能進一步優化結構設計，將有助推動綠色氫氣製造，也能將二氧化碳轉為燃料。
團隊論文發表在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）。
（首圖來源：國輻中心提供）