科學家突破性技術！15分鐘將二氧化碳變身燃料

在追求碳中和的全球趨勢下，日本東北大學、北海道大學與AZUL能源公司聯手開發出一項革命性技術，能將溫室氣體二氧化碳（CO₂）快速轉化為合成燃料的關鍵原料——一氧化碳（CO）。這項突破不僅將傳統24小時的轉化過程縮短至15分鐘，更大幅降低了成本，為減碳技術開闢新道路。

研究團隊成員、東北大學WPI-AIMR研究所的劉騰毅博士表示：「現有的CO₂轉化技術存在諸多限制，包括材料昂貴、穩定性不足、選擇性有限，以及製備時間過長等問題，這些都阻礙了實際工業應用。」為解決這些痛點，研究人員嘗試使用多種酞菁類化合物作為催化劑，包括無金屬酞菁（H2Pc）以及含鐵（FePc）、鈷（CoPc）、鎳（NiPc）和銅（CuPc）的衍生物。

研究團隊創新地採用噴塗技術，將這些化合物直接塗佈在氣體擴散電極上，形成結晶層。其中，低成本顏料鈷酞菁（CoPc）展現出最佳的CO₂轉化效率。這種「塗鴉式」的噴塗方法，完全顛覆傳統需要混合導電碳材、黏合劑，再經過24小時乾燥與熱處理的繁瑣製程。

更令人驚豔的是，在150 mA/cm²的電流密度下，新系統能穩定運作長達144小時。透過全球最大的電催化實驗資料庫DigCat驗證，這項催化劑的效能已超越所有已報道的酞菁類催化劑，更首度達到工業級的反應速率與穩定性標準。

為探究高效能背後的機制，團隊利用NanoTerasu設施的同步輻射進行結構分析，並輔以理論計算。結果顯示，結晶過程使分子緊密排列，大幅提升電子傳遞效率。這項發現證實，直接結晶法是製備金屬複合物催化劑電極的有效策略。

這項技術突破不僅解決了合成燃料生產的關鍵瓶頸，更透過提升能源效率與降低CO₂利用成本，為碳捕獲與利用（CCU）技術開創嶄新可能。隨著相關技術持續發展，人類距離實現碳中和的願景又更近了一步。