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    力阻暖化 台大跨國研究 發現高效能二氧化碳回收技術

    報導/彭瑞祥

    台大跨國研究團隊發現新型催化劑「單原子三價鐵」,能大幅提升回收二氧化碳的效能,是一項具有商業價值的抗暖化技術;研究成果已登載於6月中旬的「科學」期刊(Science)

    科技部指出,由台大化學系教授陳浩銘與瑞士洛桑理工學院教授胡喜樂等人組成的跨國研究團隊,發展出化學反應的臨場分析技術,首度發現「新型催化劑—單原子三價鐵」,能取代金或銀等貴金屬催化劑,以極高轉化效率且極低耗能的電解方式,將二氧化碳轉化為一氧化碳,大幅降低催化劑成本。

    這不僅是高效率的二氧化碳回收技術,產生的一氧化碳也能再製成其它燃料,相當具有商業發展價值。

    團隊在科技部支持下,費時3年,使用國家同步輻射研究中心的「台灣光源」(Taiwan Light Source)與和「日本同步加速器光源(SPring-8)的台灣合約光束線」,利用「臨場X光吸收光譜」(Operando X-ray absorption spectroscopy)技術,即時觀察二氧化碳轉化為一氧化碳的反應過程中,催化劑的價態與化學環境等條件,成功找到高效且低廉的新型催化劑,獲得了全球注目的突破性成果。

    科技部指出,二氧化碳還原反應是目前解決溫室效應問題最有機會的途徑,尤其近來年用再生能源電力將二氧化碳還原為一氧化碳的技術,可同時實現溫室氣體減量、進一步轉換可被人類利用的燃料,因而備受關注。不過,目前研究大多以金、銀等貴金屬做為還原反應的催化劑,而其他種催化劑則需要極高電壓,才能達到相同的轉化效能,高電壓意味著高耗能,不符合經濟效益。

    這個研究首度發現,使用「單原子三價鐵」當催化劑,即使在極低電壓下,二氧化碳轉化成一氧化碳的效率為90%,是目前全世界已知最佳的轉化效率,甚至優於貴金屬催化劑的轉化效率。

    不過,此研究更重要的問題是:為何此單原子鐵的活性如此高?與過去所合成的單原子鐵有何差異?為解開高活性背後所隱藏的關鍵秘密,陳浩銘利用國輻中心位於台灣與日本的光束線,並配合該團隊近幾年發展的X光臨場分析技術,發現高活性鐵單原子催化劑的秘密為保持穩定的高氧化態,這是其活性能夠媲美甚至超越貴金屬催化劑的關鍵。

    據科技部介紹,由單原子三價鐵製成的新型電催化劑,不僅可高效且低廉的方式回收二氧化碳,減低二氧化碳量,還可以產出一氧化碳。產生的一氧化碳可以再進一步轉換成烴類或碳氫化合物,可用來製造燃料、塑膠和其他材料;若電能是來自太陽能,將可以實現「人工光合作用」──以太陽能將水與二氧化碳轉換成氧氣與人類可以使用的燃料。

    科技部指出,國輻中心的「臨場X光吸收光譜技術」廣泛應用在觸媒催化與電化學等領域,可洞悉化學反應過程中,物質的電子結構與原子結構。陳浩銘使用此關鍵技術,成功揭開單原子三價鐵是提升轉化效率的大功臣,單原子周圍的環境成功幫助對抗外來干擾,進一步有效的穩定反應中心而展現出高轉化率,是一項獨步全球的新發現。陳浩銘這項研究不僅順應國際綠能趨勢,且相當具有商業發展價值。

    合影左起為科技部自然司林敏聰司長、國家同步輻射中心陳俊榮副主任、科技部謝達斌次長、台大化學系+陳浩銘教授、台大化學系許家碩博士生
    左起:科技部自然司司長林敏聰、國輻中心副主任陳俊榮、科技部次長謝達斌、台大化學系教授陳浩銘、台大化學系博士生許家碩。科技部提供。

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