臺師大、臺大聯手突破光催化瓶頸 掌性鈣鈦礦助攻人造光合作用

在全球淨零浪潮推動下，如何有效利用太陽光將二氧化碳轉化為燃料，成為綠能科技競逐的前沿課題。臺師大與臺大跨校研究團隊近日在此領域取得重大突破，成功打造全新「對掌性（Chiral）鈣鈦礦CsPbBr_? 光催化材料」，展現太陽能化學燃料轉換潛力。此成果象徵臺灣在綠能材料科學的研究能量已進入世界級舞台。

圖一 : 具有掌性(Chirality)的鈣鈦礦奈米晶體

人造光合作用與光催化CO₂還原技術長期面臨一項核心瓶頸─光生電子與電洞容易快速複合，使得能量無法順利投入反應。過去雖有利用磁性摻雜或製造缺陷來提高「自旋極化」以避免複合，但往往會破壞材料結構，限制實用性。為突破此架構，臺師大化學系陳家俊教授、物理系趙宇強教授與臺大材料系陳俊維教授攜手，採用嶄新設計策略：以掌性分子調控奈米鈣鈦礦結構，使材料在不引入磁性元素的情況下自然產生自旋極化電子，大幅提升光催化效率。

研究團隊以對掌性溴化甲基?胺（MBA:Br）為基礎，將其導入 CsPbBr_? 鈣鈦礦奈米板，成功形成具有左旋（R）與右旋（S）結構的二維 Ruddlesden–Popper 鈣鈦礦薄膜。這種掌性結構會引發強烈的掌性光學效應，使材料內部電子呈現特定自旋方向，延長載子生命週期並有效抑制電子—電洞複合。研究顯示，加入對掌性分子後，光催化 CO₂還原效率顯著提升；若再施加僅 0.3 特斯拉的外加磁場，催化效率更可提升至未修飾材料的五倍。
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