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台大研究团队发现新型催化剂 能高效低成本转化CO2
 

【CTIMES/SmartAuto 籃貫銘 报导】   2019年07月15日 星期一

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在科技部及国家同步辐射研究中心支持下,台湾大学所组成的跨国研究团队发展出「化学反应之临场分析技术」,首度发现「新型催化剂单原子三价铁」,能取代金或银等贵金属催化剂,以极高转化效率且极低耗能的电解方式,将二氧化碳转化为一氧化碳,大幅降低催化剂成本。不仅高效率回收二氧化碳,延缓全球暖化,还能产生一氧化碳进而再制其它燃料,研究成果於今(2019)年6月14日登於顶尖学术期刊《科学》(Science)。

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台湾大学化学系陈浩铭教授与瑞士洛桑理工学院胡喜乐教授等人所组成的跨国研究团队,费时3年,使用国家同步辐射研究中心的「台湾光源(Taiwan Light Source)」与和「日本同步加速器光源(SPring-8)的台湾合约光束线」,利用「临场X光吸收光谱(Operando X-ray absorption spectroscopy)」技术,即时观察二氧化碳转化为一氧化碳的反应过程中,催化剂的价态与化学环境等条件,成功找到高效且低廉的新型催化剂,获得了全球注目的突破性成果。

这个研究首度发现,使用「单原子三价铁」当催化剂,即使在极低电压下,二氧化碳转化成一氧化碳的效率为90%,是目前全世界已知最隹的转化效率,甚至优於贵金属催化剂的转化效率。

然而在这个研究里面,更重要的一个问题是-为什麽此单原子铁的活性如此之高?与过去所合成的单原子铁有何差异?为解开高活性背後所隐藏的关键秘密,陈浩铭教授利用国辐中心位於台湾与日本的光束线,并配合该团队近几年所发展之X光临场分析技术,发现高活性铁单原子催化剂之秘密为保持稳定的高氧化态,这是其活性能够媲美甚至超越贵金属催化剂的关键。

值得一提的是,由单原子三价铁制成的新型电催化剂,不仅可以高效且低廉的方式回收二氧化碳,减低二氧化碳量,还可以产出一氧化碳。产生的一氧化碳可以再进一步转换成??类或碳氢化合物,可用来制造燃料、塑胶和其他材料,如此一来即可以实现将危害地球环境的二氧化碳转换为人类可以使用的“燃料”。

国家同步辐射研究中心的台湾光源以及日本同步加速器光源的台湾合约光束线,二十多年来产出许多卓越的研究成果。而在这个研究中使用搭造於同步辐射中心的「临场X光吸收光谱技术」,被广泛应用在触媒催化与电化学等领域,可洞悉化学反应过程中,物质的电子结构与原子结构。陈浩铭教授使用此关键技术,成功揭开单原子三价铁是提升转化效率的大功臣,单原子周围的环境成功的帮助对抗外来干扰,进一步有效的稳定反应中心而展现出如此高的转化率,这是一项独步全球的新发现。

關鍵字: 催化剂  科技部 
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