如何将水、二氧化碳有效转化为有用燃料，一直是碳中和与能源转型关键挑战，由国辐中心、台湾大学凝态中心组成的研究团队成功开发出精准控制化学反应方向的新型催化系统，可依需求将水、二氧化碳转化为氢气或甲烷，展现工业应用潜力。
在电催化领域中，如何让反应“走向预期方向”一直是科研界难题，以常见铜金属为例，虽然铜活性佳，但反应过程常同时产生氢气、甲烷与一氧化碳等多种产物，导致产物分离困难、效率下降，难满足实际应用需求。
过去常用的贵金属催化剂虽然效率高，但成本昂贵、反应路径复杂，不利大规模应用。
国辐中心许瑶真博士、陈琬婷博士、台湾大学凝态中心Michitoshi Hayashi博士团队于是考虑价格低廉且产量丰富的铜元素，在解析铜原子排列方式与反应选择性关系后，发现不同原子配置就像“能源开关”，只要调控铜原子在石墨相氮化碳（g-C3N4）中的排列，就能引导反应路径，依需求选择生成氢气或甲烷。
团队解释，当铜原子“单独”嵌入石墨相氮化碳，主要催化的是氢气生成反应；但当2个铜原子“成对”嵌入石墨相氮化碳层之间，则会选择性将二氧化碳转化为甲烷，效率高达88%。
许瑶真博士指出，仅仅原子排列的细微差异就能彻底改变催化表现，通过原子级精准设计就能依照需求“切换”反应路径，使产物完全受控，兼顾高效率与高选择性，不仅转化效率优异，更能避免传统催化反应中产物复杂、难以分离的问题，展现低成本催化剂取代贵金属可能性。
未来若能进一步优化结构设计，将有助推动绿色氢气制造，也能将二氧化碳转为燃料。
团队论文发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）。
（首图来源：国辐中心提供）
