【記者江虹報導】一氧化氮（NO）是工業排放中常見且難以處理的有毒氣體，被視為空氣污染治理的難題。中國文化大學化學工程與材料工程學系教授陳輝龍研究團隊運用電腦模擬與材料計算，設計出新型單原子催化材料，可在低能耗條件下將一氧化氮有效轉化為氨（NH₃）。參與研究的文大化學工程與材料工程學系陳姿卉更以第一作者發表論文，成果登上美國化學協會的《美國應用能源材料雜誌》（ACS Applied Energy Materials）期刊封面。
團隊研究成果，登上美國化學協會的《美國應用能源材料雜誌》（ACS Applied Energy Materials）期刊封面。 圖／陳輝龍提供
在處理一氧化氮等氮氧化物時，通常使用氧化還原作用與催化觸媒，將其還原為氮氣。研究團隊利用催化材料抓住一氧化氮，將氮和氧透過「氫化反應」一步步拆開，分別轉化成氨和水（H₂O），並透過電腦數據模擬，找出反應路徑上有最佳催化效益的金屬元素。團隊使用的催化材料，是一種附有單一金屬原子的蜂巢狀有機網架，陳輝龍說：「其中的單原子像一顆超迷你催化點，專門抓住一氧化氮，將其分解成氨。」他表示，可以把它想像成一片很輕薄、充滿小孔洞的濾網，每個孔洞裡面藏一顆金屬小釘子，能抓住一氧化氮轉化。陳姿卉解釋道：「我們運用電腦模擬來確認，一氧化氮是否能靠近並被金屬吸附，再進行後續的氫化步驟。」並提到，其中表現最好的金屬是鋁（Al）和錫（Sn）。
本次成果主要依靠電腦模擬與材料計算完成材料篩選與反應機制分析，省時又省成本。陳輝龍說道：「可以把它想成一個虛擬實驗室，建立起材料模型，讓一氧化氮分子靠近材料、吸附、反應，電腦就能算出每一步大約需多少能量。」他指出其優點為不需實際操作所有材料、可快速預測哪項較有成功機會，最後挑選最有潛力的材料交由實驗室驗證即可。
中國文化大學化學工程與材料工程學系陳姿卉（左）在陳輝龍（右）指導下，成為發表此論文的第一作者。 圖／陳輝龍提供
陳輝龍說：「我們注意到一氧化氮是空污中非常棘手的氣體。」他解釋，團隊長期投入化學材料工程研究，具完整的電腦模擬經驗，觀察到問題和參考其他文獻資料後，而有了研究構想。陳姿卉也坦言，自己研究初期對電腦模擬不熟悉，因此花費不少心力架設前置流程的計算環境，經過教授耐心的帶領和指導，他學會將零散的結果串成有邏輯的反應路徑，「我最大的收穫是，跨過那些初期的障礙，開始理解材料如何反應。」
研究團隊以電腦模擬和比較，何種單原子中心金屬具有最佳電催化效益。 圖／陳輝龍提供
至於技術未來的應用和發展， 陳姿卉提到，研究為未來的材料設計開啟新思考方向，「有效的催化金屬不一定要昂貴或稀有，有時候被忽略的元素，反而蘊藏著新的可能。」國立臺灣師範大學化學系教授王迪彥也肯定陳姿卉在研究上的貢獻，「這對於未來在開發觸媒或是其他催化反應，提供了實驗時一個不錯的執行方向。」
陳姿卉還在就讀大學，就成為此論文的第一作者，他說：「這次研究讓我更確定想在電化學材料設計與計算模擬這條路深耕。」他認為背後的活化機制、氫化路徑與催化行為都值得研究。他也表示自己非常幸運，感謝教授看見自己做事細心和沈得住氣的特質，願意將研究交給他主導，他也勉勵同樣想從事研究的後進，「只要肯投入並願意持續學習，任何人都能在研究上展現真正的實力。」
