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
中山大學光電工程學系助理教授李炫錫（右）與博士班學生何莫善（左）。照：中山大學提供
國立中山大學光電工程學系助理教授李炫錫在奈米結構光觸媒研究上有了重大突破。他的最新研究成果以硫化錫（SnS）／石墨氮化碳（g-C3N4）奈米結構作為光觸媒，可將二氧化碳轉化為甲烷，克服了以塊狀硫化錫為基底的光觸媒的侷限性。「此製備技術非常符合目前的半導體產業基礎設施，應能大規模應用。」李炫錫指出，這項研究可望紓解石化燃料價格不斷上漲的壓力，減緩全球暖化現象。此項新研究近期刊登於國際知名頂尖期刊「應用催化B：環境」（Applied Catalysis B: Environmental）中。
李炫錫教授帶領「奈米能源與界面實驗室」及博士班學生何莫善（Hossam A. E. Omr）研究光能轉換相關應用，特別是光觸媒系統與奈米結構材料製備，試圖開發儲量豐富、無毒、高效率的吸光材料。此次研究包含奈米結構材料的結合，以雕刻薄膜技術和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。硫化錫／石墨氮化碳奈米結構光觸媒表現出優異的百分之百選擇性甲烷產率，且可穩定運行超過10小時。由於硫化錫／石墨氮化碳奈米結構間異質接面形成的加乘作用，因此該裝置擁有眾多優異表現，例如極佳的光吸收率、結晶度更高、透過C-S鍵結的高效Z型電荷傳輸、以及硫化錫奈米結構表面的良好物理化學性質等。
中山大學光電工程學系助理教授李炫錫（左）帶領「奈米能源與界面實驗室」與博士班學生何莫善（右）研究光能轉換相關應用。照：中山大學提供
李教授指出，光觸媒二氧化碳轉化技術的歷史可以追溯到1978年。一直以來，科學家和工程師們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，運用該技術從二氧化碳轉化出燃料的生產效率和選擇性仍然是巨大的挑戰。此研究則將傳統光觸媒石墨氮化碳與硫化錫結合，將二氧化碳轉化為甲烷，在金屬硫化物為基底的觸媒中產率是最高的。
此研究製備的光觸媒與其他相比，達到了從二氧化碳轉化為甲烷最高的百分之百選擇性產率，克服了二氧化碳還原反應的侷限性。與過去的方法相較，這種光觸媒的製備過程簡單、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，在全球暖化和環境劇變下，期望能減少大氣中的二氧化碳含量，同時為日常生活提供潔淨且可再生的燃料。若此項技術能廣泛運用在工業中，將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SDGs貢獻一份心力。
李炫錫表示，此研究可讓相關領域對奈米結構光觸媒和高效率二氧化碳轉化反應系統有更深刻的理解。此種硫化錫／石墨氮化碳奈米結構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。研究團隊也將繼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。
【附錄】
「應用催化B：環境」為國際知名頂尖期刊，其2021年學術期刊影響力為24.319。按期刊影響因子（Journal Impact Factor）排名為工程環境類前99.07%，在54個期刊中排名第1；按期刊引用指標（Journal Citation Indicator）排名為工程環境類前99.30%，在71個期刊中排名第1。
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中山大學光電工程奈米結構光觸媒硫化錫（SnS）石墨氮化碳（g-C3N4）