臺師大、臺大開發新世代光電材料登權威期刊 將用於人造光合作用

臺師大與臺大合作，成功開發出具有對掌性結構的鈣鈦礦光催化材料，此創新材料將用於人造光合作用，日前成功登上權威期刊JACS封面。圖／臺師大提供

國立臺灣師範大學與國立臺灣大學合作，成功開發出具有對掌性（Chiral）結構的鈣鈦礦光催化材料，此創新材料將用於人造光合作用，可利用太陽光將二氧化碳有效轉換爲燃料光觸媒反應，爲太陽能轉化技術開啓新的研究方向。

該研究成果由臺師大化學系教授陳家俊、物理系教授趙宇強，與臺大材料系教授陳俊維團隊共同合作，研究成果已刊登於化學領域最具權威性的美國化學會（ACS）旗艦期刊《Journal of the American Chemical Society》，並獲選爲當期封面論文。

研究團隊指出，光催化二氧化碳還原效率常受限於電荷載子快速複合，使得能量無法有效投入反應。過去已有研究顯示，若能讓光激發電子具有特定「自旋方向」，則可明顯抑制複合行爲。然而，多數提升自旋極化的方法需仰賴磁性摻雜，易造成材料結構受損。

團隊此次採用全新策略，臺師大團隊先成功合成出具有「左旋」與「右旋」結構的新材料，臺大團隊則深入研究「自旋極化」（Spin polarization）在光催化與能量轉換中的關鍵角色，提供利用自旋來調控化學反應的新途徑，能產生更高的光催化轉換效率。

研究團隊也以對掌性鹽類溴化甲基苄胺爲基礎，製造Popper鈣鈦礦奈米板混合薄膜，對掌性結構可產生強烈的對掌性光學效應，而使材料內部產生自旋極化電子。研究結果顯示，經對掌性分子修飾後的薄膜，其自旋極化電子得以有效延長載子生命週期、降低電子與電洞的複合速率，光催化二氧化碳的還原效率因此顯著提升。

臺師大表示，該項成果不僅拓展了鈣鈦礦材料在光催化與能源轉換上的應用潛力，也展示了透過結合掌性結構與自旋物理，開啓了掌性光電材料的新方向，爲未來太陽能燃料轉換材料提供了全新的設計思維，也爲綠色化學帶來新契機。

延伸閱讀