日本千葉大學的張宏偉特任研究員與泉康雄教授等人組成的研究團隊開發出了可將二氧化碳（CO2）轉化成甲烷的新型光觸媒。該觸媒採用鎳等材料，只要有發光能量就可以促進二氧化碳的光化學反應。另外，研究團隊還利用這種新觸媒明確了此前一直不清楚的反應機構。今後將進一步最適化觸媒的材料組合以及光照方式，提高觸媒的效果。
新觸媒只需發光能量就可以促進反應（圖片：千葉大學泉康雄教授提供）
利用化學反應將大氣和廢氣中的二氧化碳轉化成化學原料等的「碳循環」技術備受關注。其中一種方法就是利用光觸媒將二氧化碳轉化爲甲烷等碳化氫。但以往那些將二氧化碳轉化爲甲烷的光觸媒存在反應時間短等課題，而且不清楚反應機制，也可能是將二氧化碳以外的物質轉化成了甲烷。
研究團隊此次開發的是組合使用鎳和氧化鋯的觸媒。只需利用發光能量就可以分解二氧化碳，使其轉化成甲烷。在實驗中，研究團隊將觸媒放入充滿水氣和二氧化碳的容器中，連續兩天照射可見光和紫外光，應答能穩定生成甲烷。透過使用被氫處理過的鎳，與以往的觸媒相比，還成功提高了二氧化碳的分解速度。
實驗裝置（圖片：千葉大學泉康雄教授提供）
泉康雄教授等人還透過實驗明確了光觸媒將二氧化碳轉化成甲烷的反應機構。首先，二氧化碳以碳酸氫根的形式附着在氧化鋯表面，並在紫外線等的作用下還原成一氧化碳（CO）。然後，可見光的熱量促進水氣中的氫與一氧化碳在鎳表面發生反應，生成甲烷。
研究團隊今後打算對觸媒進行改良，以實施實用化。將透過選擇最佳的光波長類型、照射方式和觸媒材料，來提高二氧化碳的分解速度和甲烷的生成效率。泉康雄教授期待地表示：「明確反應途徑後，還有望將二氧化碳的用途擴大到燃料以外的領域。」
日本政府在「2050年之前實施溫室氣體淨零排放」的目標中將碳循環作爲實施目標的關鍵方法之一。2020年12月發佈的綠色經濟增長戰略也將基於碳循環技術的產業定位爲增長產業。
利用碳循環技術製造的產品的普及將對此起到推動作用，比如培養藻類用作飛機的燃料等，以及透過公共採購來擴大吸收二氧化碳製造的混凝土的應用等。日本在碳循環技術的技術開發與產品開發領域具有競爭力，位於國際前列。
日文：鈴木遊哉、《日經產業新聞》，2021年3月30日
中文：JST客觀日本編輯部
