銅催化劑新突破：捕捉二氧化碳轉化關鍵瞬間

銅催化劑被視為將二氧化碳轉化為高價值化學原料與液態燃料的明日之星，然而現有技術仍面臨轉化效率不足與選擇性欠佳等挑戰。更棘手的是，現行電化學反應器的耐用度尚無法滿足工業化量產需求。

歷經數十年研究，科學家始終難以突破技術瓶頸，關鍵在於無法精準觀測銅薄膜表面僅佔千分之一的活性銅原子。如今，美國能源部旗下SLAC國家加速器實驗室與勞倫斯伯克利國家實驗室聯手開發出革命性觀測技術，這項突破性成果已發表於《能源與環境科學》期刊。

研究團隊首創「間歇式X光探測法」，透過每秒數次開關反應器的創新設計，搭配SLAC同步輻射光源（SSRL）的X光照射，成功捕捉電脈衝啟動時催化劑原子轉瞬即逝的活性狀態。這種如同高速閃光燈的技術，能將近表面反應的每個步驟清晰定格，時間解析度更達到千分之一秒，且全程在實際操作條件下進行。

主導研究的SSRL資深科學家迪莫斯尼斯·索卡拉斯強調，這項名為「調變激發X射線吸收光譜（ME-XAS）」的新方法，不僅適用於電解槽、燃料電池等各類電化學轉換技術研究，團隊現已著手運用該技術提升水分解製氧催化劑的能源效率。

隸屬「液態陽光聯盟」（LiSA）計畫的伯克利實驗室資深科學家矢野順子指出：「掌握化學狀態變化的精確時程至關重要。這項技術如同開啟數千個微觀視窗，讓我們看見前所未見的反應細節。」該聯盟由加州理工學院主導，旨在開發太陽能驅動的二氧化碳轉化技術。

技術核心在於SSRL開發的精密電子系統，能精確調控電脈衝的頻率、電壓與波形。研究主要作者、SLAC科學家安赫爾·加西亞-埃斯帕薩透露：「團隊必須即時處理數GB的動態資料，並排除溫度波動等幹擾因素，才能萃取出與脈衝頻率吻合的細微訊號差異。」

目前實驗已成功觀測到銅催化反應的初始關鍵步驟：氫氧根離子附著於活性銅原子，隨後形成氧化亞銅。加西亞-埃斯帕薩強調：「理解這些基礎反應鏈，將是開發次世代電化學轉換裝置的重要基石。」

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