為了實現2050年碳中和社會的目標，確立使用再生能源將二氧化碳轉換成有用物質的技術已是當務之急，然而二氧化碳對稱直線的穩定分子構造是還原反應的一大障礙，同時又已知當二氧化碳處於振動激發狀態下，電子產生變化時反應性將顯著提升。
有鑑於此，東京工業大學與北海道大學研究團隊便利用電漿使二氧化碳處於不穩定狀態的方式，成功將資源化反應性提升3倍。
相關反應機制雖已經最尖端科學實驗證明，但將此不平衡狀態應用於工業上的方法研究罕有前例，仍具有相當意義，未來將繼續朝裝置大型化、非貴金屬觸媒研發邁進，以達成實用化。
藉由電漿降低化學反應，並大量導入可再生能源
本次實驗裝置是在流通管內送入二氧化碳與氫氣的混合氣體，並施加高壓電來產生電漿，最大的特徵在於藉由下方的送氣使鈀鎵合金觸媒離子成浮游狀態，之所以如此設計是因為二氧化碳的還原反應是吸熱過程，當藉由電漿來促進還原反應時，一旦熱能供應不及，反應便會中斷，因此透過強化熱物質輸送能力、增強熱通量的方式，實現了超越熱平衡的轉換反應。
效率將二氧化碳轉換成可作為化學原料的一氧化碳，研究小組認為是因為分子構造從直線狀變成不穩定的彎折構造，而變得容易進行反應。
CO2轉換效率在電漿與觸媒作用下顯著提升。12kHz、100Khz為產生電漿之高壓電頻率與3wt%、10wt%為以鈀為基準所計算之觸媒比例。取自東京工業大學
另外，將此機制應用於二氧化碳變換成甲烷的反應後，也確認電漿大幅促進反應的效果，將熱反應活性低的觸媒（甲烷收率14%：觸媒溫度250度。收率指實際產值與理論產值的比）放入容器內，在使用電漿的狀態下，收率提升到64%，而當觸媒溫度進一步提升到300度後，收率更是達到100%。
實驗團隊利用紅外線與X光詳細地分析了在電漿存在狀態下觸媒的反應，並究明了反應路徑，並確認電漿並非熱源而是活性種供給源，不會造成觸媒劣化的構造變化。
東京工業大學教授野岐智洋教授表示：「究明了使用電漿的反應機制，將成為研發觸媒的指針」。
將二氧化碳資源化的反應一直以來主要使用的是熱能，而由於電漿能夠藉由電來產生，所以具有能夠直接使用再生能源電力的優點。
此外也可提升熱反應所無法對應的反應性、降低各過程中溫度無法搭配的損耗，實驗所使用的是桌上型裝置，為了早日實現有效利用二氧化碳的碳中和社會，未來會再繼續將此裝置大型化、實用化，除了將應用於二氧化碳資源化的其他反應外，也以研發不使用貴金屬的平價觸媒為目標。
責任編輯：吳秀樺
