漾新聞｜中山大學模擬光合作用　二氧化碳變燃料新突破

【漾新聞記者陳雯萍／高雄報導】如果人類能像植物一樣，把陽光轉化為能源，氣候變遷或許將迎來全新解方。國立中山大學光電工程學系副教授李炫錫帶領研究團隊，成功模擬植物光合作用機制，開發出新型奈米光觸媒材料，能利用太陽光將二氧化碳轉換為甲烷等燃料，兼具減碳與產能雙重效益，研究成果登上國際頂尖期刊「應用催化B：環境與能源」。
在自然界中，植物透過光合作用將陽光、二氧化碳與水轉化為能量與氧氣，宛如全天候運作的太陽能工廠。中山大學研究團隊將這一自然機制轉化為人工系統，嘗試讓科技也能「仿生運作」，將二氧化碳重新轉為可用能源，為全球暖化問題提供嶄新思維。
李炫錫指出，人工光合作用長期以來面臨多項挑戰，包括光吸收範圍有限、電荷容易快速復合，導致反應效率低落，且難以穩定生成特定燃料。如何提升光能利用率與反應穩定性，一直是科學界積極突破的關鍵課題。
為解決這些瓶頸，團隊設計出由二氧化錫與硫化錫組成的一維奈米複合結構，讓硫化錫奈米棒垂直生長於二氧化錫奈米柱上，形成具尖銳外觀的奈米異質結構。這種設計不僅大幅增加材料表面積，也使光線能從不同角度被有效捕捉，提高整體光能吸收效率。
研究顯示，該材料可在雙面光照條件下高效率運作，即使光源角度改變，仍能穩定啟動反應。由於太陽在天空位置隨時間變動，此一特性讓光觸媒在實際應用上更具優勢，也提升未來大規模應用的可行性。
其核心技術來自「能隙工程」設計。二氧化錫為寬能隙半導體，硫化錫則屬窄能隙半導體，兩者結合形成交錯型異質結，使光照後產生的電子與電洞能有效分離，並分別導向不同反應路徑，促進二氧化碳轉化為甲烷等燃料，大幅提升反應效率。
同時，硫化錫的導入也拓展光吸收範圍，從原本僅限紫外光，延伸至可見光甚至部分近紅外光，讓材料能更全面利用太陽光譜，進一步提升能源轉換效率，展現出高度應用潛力。
在模擬太陽光的實驗中，該複合光觸媒的二氧化碳轉換效率較單一材料提升數倍，且透過調整奈米結構比例，研究團隊成功控制反應路徑，使生成燃料具高度選擇性。即使經過長時間反應，材料結構仍維持穩定，催化效能未見明顯衰減。
相較於需使用貴金屬的光觸媒系統，該研究採用錫基材料，不僅成本低廉、來源穩定，也兼具環境友善特性，為二氧化碳回收利用與再生能源發展提供具體可行的新方向。這項成果不僅展現中山大學在光電與能源領域的研發實力，也為未來淨零碳排與永續科技開啟更多想像空間。
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