港灣新聞網／中山大學突破！人工光合作用將二氧化碳變燃料　減碳新解方出現

圖說:中山光電系副教授李炫錫指導研究生操作實驗機器。圖/國立中山大學

港灣新聞網／高雄報導

面對全球暖化與氣候變遷挑戰，如何有效降低二氧化碳（CO₂）排放並轉化為可用能源，成為國際科學界關注焦點。國立中山大學光電工程學系副教授李炫錫率領研究團隊，成功開發新型奈米光觸媒材料，透過模擬植物光合作用機制，實現將二氧化碳轉換為甲烷（CH4）等燃料的創新技術，兼具「減碳」與「能源再生」雙重效益，研究成果已刊登於國際期刊《Applied Catalysis B: Environment and Energy》。

模擬植物光合作用

打造「人工太陽能轉換系統」

自然界中，植物透過光合作用將陽光、水與二氧化碳轉換為能量與氧氣，被視為最天然的能源轉換系統。李炫錫指出，若人類能透過科技複製此機制，將有機會把溫室氣體轉化為能源，為減碳與能源危機帶來突破性解方。

然而，現行光觸媒技術仍面臨多項挑戰，包括光吸收範圍有限及電子快速復合等問題，使能源轉換效率與穩定性受限。

奈米異質結構突破瓶頸

大幅提升光能利用效率

為解決技術限制，中山大學團隊設計出由二氧化錫（SnO₂）與硫化錫（SnS）組成的一維奈米複合材料，透過奈米結構排列，讓硫化錫奈米棒垂直生長於二氧化錫表面，形成具高表面積與多角度光吸收能力的異質結構。

圖說:國立中山大學光電工程學系副教授李炫錫研究團隊，成功模擬植物光合作用原理，研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（CH4）等燃料，達到減少溫室氣體與產生新能源的雙重功效。

此設計不僅提升光能捕捉效率，也讓材料在不同光照角度下仍能維持良好反應效能，首次展現雙面光照條件下的高效率光觸媒表現，強化實際應用可行性。

能隙工程關鍵技術

實現高效率CO₂轉燃料

研究核心在於「能隙工程」設計。二氧化錫屬寬能隙半導體，硫化錫則為窄能隙材料，兩者結合形成交錯型異質結構，使光照產生的電子與電洞有效分離，進而促進與二氧化碳的反應，生成甲烷等燃料。

同時，硫化錫可將光吸收範圍從紫外線延伸至可見光甚至近紅外線，顯著提升太陽能利用效率，成為提升人工光合作用效能的關鍵。

轉換效率提升數倍

具備長時間穩定運作能力

在模擬太陽光實驗中，該奈米光觸媒材料的二氧化碳轉換效率較傳統單一材料大幅提升。研究團隊亦透過調整材料比例，使反應具備高度選擇性，能穩定生成特定燃料。

此外，材料在長時間運作下仍維持穩定結構與催化活性，顯示其具備實際應用潛力。

低成本環保材料

開啟減碳與新能源新契機

相較於傳統需仰賴貴金屬的光觸媒技術，李炫錫團隊採用錫基材料，不僅成本較低，也更符合環境永續原則，兼顧經濟效益與綠色科技發展。

此項研究為「二氧化碳再利用（Carbon Capture and Utilization, CCU）」與再生能源領域提供嶄新方向，未來有望應用於減碳技術、能源轉換及智慧能源系統，成為全球能源轉型的重要關鍵技術之一。